A Luz Natural disponível na superfície da Terra é o resultado de dois fenômenos: a luz emitida pelo sol (componente direta) e luz solar refletida (componente indireta) isto é devido à reflexão da emissão solar na abóbada celeste com ou sem nuvens (luz difusa), da vegetação, dos edifícios ou de outros objetos que podem ser apresentados (luz refletida). A soma de todas essas contribuições constitui a iluminação diurna ou natural que caracteriza uma região.
A quantidade, intensidade, cor, ângulo de incidência da luz natural dependem de vários fatores. Alguns estão relacionados com os movimentos da Terra ao redor do Sol e em torno de seu eixo. Outros dependem do desenho urbano e arquitetônico de cidades e seus edifícios. Por outro lado, a iluminação natural também depende de um conjunto de variáveis relacionadas ao clima: nuvens, chuva, neve, neblina, etc.
A disponibilidade de luz natural dependerá de diferentes fatores: posição do sol com a hora do dia e estação do ano, localização geográfica da região (latitude e longitude), clima, características do ambiente, etc.
A presença de nuvens impede a passagem da radiação solar direta. O clima determina a nebulosidade, isto é, a porcentagem de nuvens presentes durante as diferentes estações climáticas. Este fator é importante em a caracterização do tipo de céu (abóbada celeste), que apresenta uma luminosidade não uniforme e produz cerca de 10% da luz natural, proveniente principalmente da porção do céu mais próxima do sol.
A meteorologia propõe a seguinte classificação da abóbada celeste:
- Céu claro: a presença de nuvens não existe ou é reduzida, entre 0 e 30%. A luz solar direta atinge diretamente a área urbana. A iluminação de uma superfície dependerá do ângulo com o qual os raios solares a alcançam. Os elementos que compõem o espaço urbano produzem sombras bem definidas que enfatizam seu caráter tridimensional. Em alguns casos, esses objetos podem ter uma aparência mais brilhante do que a abóbada celeste, devido ao tipo de material usado e sua textura. Com um céu claro, as variações de luz e sombra que ocorrem na presença de iluminação natural, dão ao ambiente visual da área urbana um caráter dinâmico e interessante.
- Céu coberto: a luz solar direta não atinge a superfície da Terra porque está completamente coberta de nuvens, a porcentagem varia entre 70 e 100%. A abóbada celestial é completamente ocupada por nuvens, que escurecem completamente o sol. Não há iluminação solar direta na área urbana. A radiação é difundida pela camada de nuvens. A abóbada celeste se comporta como uma fonte de luz aparente. A quantidade de iluminação na superfície da Terra depende da espessura da camada de nuvens. Isso pode variar em magnitude, de um instante para outro. Sob esse tipo de céu, a área urbana apresenta um ambiente visual com iluminação uniforme, sem sombras e sem contrastes.
- O céu parcialmente coberto: está entre as duas condições acima. É difícil descrever e quantificar, porque há uma variedade de situações que se enquadram nesse tipo.
Efeitos sazonais
A terra recebe a mesma quantidade de energia visível todos os dias a qualquer momento. A luz natural é caracterizada pela sua variabilidade. Varia durante o dia, bem como durante as diferentes estações do ano. Diariamente o sol ocupa diferentes posições no céu percorrendo um caminho aparente, resultado dos movimentos de rotação e translação do planeta. As diferenças sazonais na trajetória diária do sol são devidas ao ângulo de inclinação (23,5 °) do eixo da Terra. Como resultado, no mesmo momento, cada região da Terra recebe luz em diferentes ângulos.
A localização do sol pode ser determinada por:
O ângulo do azimute (Az): descreve o movimento diário em torno do horizonte e é medido a partir do Norte no hemisfério Sul.
O ângulo de altitude (Al): descreve a altura acima do horizonte, é medido da superfície da terra. O sol é mais alta ao meio-dia solar, seja no inverno ou no verão.
El ángulo altitud (Al) varía estacionalmente. En invierno es menor que en el verano. La latitud a la que se encuentra la zona geográfica también es un factor preponderante para determinar la forma de la trayectoria solar. Las diferentes regiones geográficas poseen distinta duración del día. Con cielos claros, la intensidad de iluminación por radiación directa del sol varía con la masa de aire que atraviesa. O sea que depende completamente de la altitud del sol.
En cualquier latitud es menos intensa en el amanecer y atardecer, mientras que la iluminación del mediodía es menor en latitudes altas, ya que el sol está más bajo (o sea el ángulo altitud es menor).
O ângulo de altitude (Al) varia sazonalmente. No inverno é menos do que no verão.
A latitude da área geográfica é também um fator preponderante para determinar a forma da trajetória solar. As diferentes regiões geográficas têm diferentes períodos/ comprimento do dia. Com céu limpo, a intensidade da iluminação por radiação direta depende completamente da altitude do sol e varia também com a massa de ar que atravessa.
Em qualquer latitude, é menos intensa no nascer e no pôr do sol, enquanto a iluminação do meio-dia é menor nas altas latitudes, já que o sol é mais baixo (isto é, o ângulo da altitude é menor).
Posição 1 : amanhã , o sol nascendo para o leste. ; Posição 2 : meio dia o sol no zênite ; Posição 3 : tarde o sol se pondo ao oeste.
A distância do sol à terra é maior que 170 milhões de quilômetros. Portanto, considera-se que os raios solares são virtualmente paralelos e não é necessário aplicar a lei do inverso do quadrado para cálculos.
Com fontes de luz artificial, os raios são divergentes e a iluminação diminui com o inverso do quadrado da distância. No entanto, não há diminuição significativa na iluminação produzida pela radiação solar direta com o aumento das distâncias dentro da atmosfera da Terra.
Os valores de radiação direta solar são dados normalmente fornecidos por as estações meteorológicas de cada país.
Em Brasil o órgão responsavel é o Instituto Nacional de Meteorologia (INMET), do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. A estrutura organizacional do INMET contempla sua sede, em Brasília, com cinco Coordenações, e dez Distritos de Meteorologia (DISMEs), distribuídos estrategicamente nas principais capitais do país.
O Banco de Dados Meteorológicos do INMET já incorporou, em forma digital, em seu acervo, informações diárias coletadas desde 1961.
O Sistema de Coleta e Distribuição de Dados Meteorológicos do Instituto é dotado de estações de sondagem de ar superior (radiossonda); estações meteorológicas de superfície, operadas manualmente; e a maior rede de estações automáticas da América do Sul.
Os dados coletados por essa rede são disseminados, de forma democrática e gratuita, em tempo real, na página http://www.inmet.gov.br, e têm aplicação em todos os setores da economia, de modo especial no agropecuário, Defesa Civil … e claro … para nos: os Lighting Designers interessados no design de Iluminação Natural.