A humid subtropical climate is characterized by a predominant partly cloudy sky, which increases the intensity of solar radiation, and makes shade an essential requeriment. Thus, the indoor daylighting environment may depend more on reflected light than on direct light. Planning the shape of the surfaces is an important means of making full use of the reflected sunlight. In this regard, shading devices can be designed that just obstruct the view of the sky enough to provide shade, by reflecting the sunlight for the environment, and reducing this loss. The aim of this doctoral research is to study the performance of shading devices in classrooms with regard to their luminous power when capturing reflected sunlight in Maceió, so as to determine the potential use of sunlight in these elements. Three variables of these devices were defined for this: the number of pieces, specularity and reflectance of the surfaces devices. The resulting models from the combination of these variables were analyzed to calculate the reflected sunlight efficiency, rate employed in this research. The software used for the computational simulations of these models was TropLux. Statistical analyses were conducted to determine which variables had the greatest impact on the reflected sunlight efficiency and to relate the rate to the daylighting performance through indicators of availability, distribution and the maintenance of illuminance inside the environment: these included the annual average illuminance and uniformity rate, and spatial daylight autonomy. The results showed that the reflectance of the devices is the variable that has the most positive influence on the reflected sunlight efficiency, and is able to increase the rate by up to 142%. The annual average illuminance and the spatial daylight autonomy were positively related to the efficiency and the defined parameterization also led to an increase of their values. With regard to the distribution of illuminances, the variations of the analyzed parameters resulted in a reduction of the uniformity rate in most of the cases studied. The increase in specularity and specular reflectance in the models facing east reduced the rate by up to 34% and 41%, respectively. Increasing the number of components in the system devices installed in lateral openings, only provides a valid solution for the increase of the illumination when these elements have a high reflectance, especially specular. This represents a more efficient strategy in the case of the north facade. Among the analyzed models, in the systems with the largest number of components, and where the surface finishing process provides specular reflection, there is a greater use of sunlight in the reflected form. The use of light colors, such as white, beige and yellow, also benefit the use of sunlight, especially if they are used in materials with specular reflection. In contrast, the high reflectances resulted in a reduction of the uniformity of illumination in the environment. From the results of the studies carried out into reflected sunlight efficiency, it can be stated that it is possible to increase the use of sunlight through the variation of certain shading devices and, hence, to bring benefits by making daylighting available in the environment. / O clima quente e úmido caracteriza-se pelo predomínio do céu parcialmente nublado, o que torna intensa a radiação solar, impondo a necessidade de sombreamento. Assim, a iluminação natural no interior do ambiente pode depender mais da luz refletida do que da luz natural direta. Planejar a forma das superfícies é um importante recurso para o aproveitamento da luz solar refletida. Neste sentido, dispositivos de sombreamento podem ser projetados para obstruir a visão do céu apenas o necessário para o sombreamento, refletindo a luz solar para o ambiente e minimizando essa perda. O objetivo geral desta pesquisa de doutorado é estudar o desempenho de dispositivos de sombreamento em salas de aula com relação à eficiência luminosa na captação da luz solar refletida, em Maceió, a fim de que seja identificado o potencial de aproveitamento da luz solar desses elementos. Para isso foram definidas três variáveis desses dispositivos: número de peças, especularidade e refletância das superfícies dos brises. Os modelos resultantes da combinação dessas variáveis foram analisados quanto à eficiência da luz solar refletida, índice proposto nesta pesquisa. O programa utilizado para as simulações computacionais desses modelos foi o TropLux. Análises estatísticas foram desenvolvidas a fim de identificar as variáveis de maior impacto para a eficiência da luz solar refletida e relacionar o índice ao desempenho da iluminação, através de indicadores de disponibilidade, distribuição e manutenção da iluminância no ambiente: iluminância média anual, uniformidade média anual e autonomia de luz natural espacial. Os resultados mostraram que a refletância dos dispositivos é a variável que mais influencia positivamente a eficiência da luz solar refletida, chegando a incrementar em até 142% o índice. A iluminância média anual e a autonomia de luz natural espacial foram relacionados positivamente à eficiência e a parametrização definida também contribuiu para a ampliação dos seus valores. Quanto à distribuição de iluminâncias, a variação dos parâmetros analisados resultou em redução do índice de uniformidade, na maioria dos casos estudados. O aumento da especularidade e da refletância especular em modelos voltados para Leste reduziram o índice em 34% e 41%, respectivamente. Aumentar o número de peças em sistemas de dispositivos inseridos em aberturas laterais apenas corresponde a uma solução válida para o incremento da iluminação quando tais elementos possuem alta refletância, sobretudo especular. Tal medida representa uma estratégia mais eficiente no caso da fachada Norte. Entre os modelos analisados, os sistemas com maior número de peças, cujo acabamento das superfícies proporciona reflexão especular, são capazes de promover maior aproveitamento da luz solar na forma refletida. O uso de cores claras, como branco, creme e amarelo, também favorece o aproveitamento da luz solar, sobretudo se forem empregadas em materiais com reflexão especular. Por outro lado, altas refletâncias resultaram em redução da uniformidade da iluminação no ambiente. A partir dos resultados dos estudos de eficiência da luz solar refletida desenvolvidos, pode-se afirmar que é possível ampliar o aproveitamento da luz solar através da variação de determinadas características de dispositivos de sombreamento e, consequentemente, trazer benefícios para a disponibilidade de iluminação no ambiente.

Uma importante estratégia de projeto para melhorar o desempenho térmico das edificações em climas quentes e úmidos é a adoção conjunta da ventilação natural e de dispositivos de sombreamento. Contudo, quando a ventilação natural é ocasionada pela ação dos ventos nas edificações, as pressões do vento nas envoltórias da edificação são alteradas com a presença de elementos externos próximos que mudam as características do fluxo incidente. Deste modo, o presente trabalho tem como objetivo avaliar os impactos na ventilação natural, e nas temperaturas internas do ar e/ou no conforto térmico de uma habitação térrea em um clima quente e úmido, a partir do uso de diferentes dispositivos de sombreamento externos e muro. Para isso, foram realizadas simulações computacionais no programa EnergyPlus através do módulo AirflowNetwork. Foram realizados ensaios em túnel de vento de Camada Limite Atmosférica (CLA) para a obtenção dos coeficientes de pressão (Cps). Os resultados apontaram impactos específicos a cada elemento estudado, no entanto o fenômeno mais frequente nos casos com dispositivos de sombreamento foi a redução dos efeitos de sobrepressão e sucção. Quanto aos seus impactos nas renovações de ar, estes provocaram uma diminuição do fluxo de ar e, consequentemente, o aumento da temperatura no período predominantemente noturno. Entretanto, foi observado um maior impacto na atenuação das temperaturas internas nos períodos diurnos, que prevaleceu sobre o aumento nos períodos de ventilação. Destacou-se, dentre os dispositivos de sombreamento estudados, as proteções tipo veneziana por proporcionarem um melhor desempenho térmico. Já os muros, dentre todos os elementos estudados, foram os que tiveram maior impacto nos Cps. Tal fenômeno significou a diminuição da taxa de renovação de ar dentre 50 e 75%. O impacto mais sobressalente nas temperaturas internas nestes casos foi o aumento destas no período noturno, limitando o potencial da ventilação natural para a remoção de calor da edificação / An important design strategy for improving the thermal performance of buildings in hot and humid climates is the adoption of natural ventilation strategies and shading devices combined. However, when natural ventilation is wind-driven, the wind pressures on the building envelope are altered by the presence of nearby external elements that change the incident flows characteristics. Thus, the present work aims to evaluate the impacts on natural ventilation, and the internal air temperatures and/or the thermal comfort of a single ground floor low-cost house in a hot and humid climate, considering the use of different external shading devices and walls. For such, computational simulations were performed in the EnergyPlus program using the AirflowNetwork module. Atmospheric Limit Wind (CLA) wind tunnel tests were performed to obtain pressure coefficients (Cps). The results indicated specific impacts to each element studied, however the most frequent phenomenon in cases with shading devices was the reduction of the effects of overpressure and suction. As for their impacts on air changes rate, they caused a decrease in airflow and, consequently, an increase in temperature predominantly in the nocturnal period. However, a greater impact was observed in the attenuation of internal temperatures in the daytime periods, which prevailed over the increase in ventilation periods., Among the shading devices studied, venetian type protections for providing better thermal performance were highlighted. Among all the elements studied, the walls had the greatest impact on the Cps. This phenomenon meant the reduction of the air changes rate between 50 and 75%. The most significant impact on internal temperatures in these cases was the their increase at night, limiting the potential of natural ventilation to the removal of heat from the building.

Uma importante estratégia de projeto para melhorar o desempenho térmico das edificações em climas quentes e úmidos é a adoção conjunta da ventilação natural e de dispositivos de sombreamento. Contudo, quando a ventilação natural é ocasionada pela ação dos ventos nas edificações, as pressões do vento nas envoltórias da edificação são alteradas com a presença de elementos externos próximos que mudam as características do fluxo incidente. Deste modo, o presente trabalho tem como objetivo avaliar os impactos na ventilação natural, e nas temperaturas internas do ar e/ou no conforto térmico de uma habitação térrea em um clima quente e úmido, a partir do uso de diferentes dispositivos de sombreamento externos e muro. Para isso, foram realizadas simulações computacionais no programa EnergyPlus através do módulo AirflowNetwork. Foram realizados ensaios em túnel de vento de Camada Limite Atmosférica (CLA) para a obtenção dos coeficientes de pressão (Cps). Os resultados apontaram impactos específicos a cada elemento estudado, no entanto o fenômeno mais frequente nos casos com dispositivos de sombreamento foi a redução dos efeitos de sobrepressão e sucção. Quanto aos seus impactos nas renovações de ar, estes provocaram uma diminuição do fluxo de ar e, consequentemente, o aumento da temperatura no período predominantemente noturno. Entretanto, foi observado um maior impacto na atenuação das temperaturas internas nos períodos diurnos, que prevaleceu sobre o aumento nos períodos de ventilação. Destacou-se, dentre os dispositivos de sombreamento estudados, as proteções tipo veneziana por proporcionarem um melhor desempenho térmico. Já os muros, dentre todos os elementos estudados, foram os que tiveram maior impacto nos Cps. Tal fenômeno significou a diminuição da taxa de renovação de ar dentre 50 e 75%. O impacto mais sobressalente nas temperaturas internas nestes casos foi o aumento destas no período noturno, limitando o potencial da ventilação natural para a remoção de calor da edificação / An important design strategy for improving the thermal performance of buildings in hot and humid climates is the adoption of natural ventilation strategies and shading devices combined. However, when natural ventilation is wind-driven, the wind pressures on the building envelope are altered by the presence of nearby external elements that change the incident flows characteristics. Thus, the present work aims to evaluate the impacts on natural ventilation, and the internal air temperatures and/or the thermal comfort of a single ground floor low-cost house in a hot and humid climate, considering the use of different external shading devices and walls. For such, computational simulations were performed in the EnergyPlus program using the AirflowNetwork module. Atmospheric Limit Wind (CLA) wind tunnel tests were performed to obtain pressure coefficients (Cps). The results indicated specific impacts to each element studied, however the most frequent phenomenon in cases with shading devices was the reduction of the effects of overpressure and suction. As for their impacts on air changes rate, they caused a decrease in airflow and, consequently, an increase in temperature predominantly in the nocturnal period. However, a greater impact was observed in the attenuation of internal temperatures in the daytime periods, which prevailed over the increase in ventilation periods., Among the shading devices studied, venetian type protections for providing better thermal performance were highlighted. Among all the elements studied, the walls had the greatest impact on the Cps. This phenomenon meant the reduction of the air changes rate between 50 and 75%. The most significant impact on internal temperatures in these cases was the their increase at night, limiting the potential of natural ventilation to the removal of heat from the building.