29 – Arborização Pública como Estratégia de Sustentabilidade Urbana (1) MASCARO, Juan José; (2) DIAS, Ariane Pedrotti de Ávila; (3) GIACOMIN, Suelen Debona

Universidade de Passo Fundo – Faculdade de Engenharia e Arquitetura – Curso de Arquitetura e Urbanismo

Campus I – Bairro São José – BR 285 - Passo Fundo – RS – Brasil CEP 99001-970

Fonte: 55 54 3316 8201 Fax 55 54 3316 8211

(1)Prof., Dr. Arquiteto - arqmascaro@terra.com.br;

(2) Acadêmica de Arquitetura e Urbanismo, bolsista Pibic/UPF - ariane.pedrotti@hotmail.com;

(3) Acadêmica de Arquitetura e Urbanismo - su_giacomin@yahoo.com.br

Resumo

Os espaços urbanos modernos têm menos vegetação que seu entorno. Essa diferença afeta o clima, o

consumo de energia e habitabilidade das cidades. A redução da vegetação urbana contribui para o

aquecimento do ar nas áreas urbanas, levando à formação da ilha de calor no verão. O tema central deste

trabalho é o uso da arborização como estratégia de controle da radiação solar incidente no verão nos recintos

urbanos do subtrópico úmido e de seu aquecimento na estação fria, situação diferente da maioria das regiões

brasileiras. Os estudos foram realizados para a cidade de Passo Fundo, RS, Brasil (28º S), através de

medições ambientais sazonais e métodos analíticos de estimativa do valor de sombreamento da vegetação

durante dois anos. A pesquisa informa sobre o desempenho ambiental de diferentes espécies arbóreas, com

ênfase na amenização da radiação solar incidente no verão. Foi verificado também, que uma escolha adequada

da vegetação urbana permite reduzir o pico de consumo de energia elétrica na edificação na estação quente. O

caso da cidade de Passo Fundo ilustra as conseqüências da perda de oportunidades de usar energia solar no

inverno e da necessidade de proteger os recintos urbanos da radiação solar no verão através do uso da

vegetação. Plantar árvores é atrativo tanto economicamente, pela eficiência econômica, como para melhorar a

qualidade de vida e promover a sustentabilidade nas áreas urbanas. A pesquisa continua com o

aprofundamento do estudo da eficiência do sombreamento da vegetação urbana como moderador do

aquecimento produzido pela radiação solar no verão.

Palavras chave: Desenho urbano sustentável, Energia Solar, Vegetação urbana, Economia de Energia.

Abstract

Modern urban areas usually have less vegetation that their surroundings. Such difference affects the climate,

energy uses, and habitability of cities. The reduced vegetation collectively warms the summer air over urban

areas, leading to the creation of summer urban heat island. This paper focuses on the use of trees as method of

cooling urban areas. The case of the humid subtropical city is the central subject, for being a region in which the

climate requires insolation in the winter (passive solar calefaction), as much for construction as for urban

enclosure, and solar protection during the summer. Various tools have been use to verify the trees shading

value: seasonal environment measurements and analytical methods were down in the study of Passo Fundo city

environment during two years, (28º S). The case of Passo Fundo city illustrates the consequences of the losses

of chances of using the solar energy in the winter and the need to protect the urban precincts of the solar

radiation by using vegetation. Planting trees is an attractive both for saving money through energy efficiency for

improving the sustainable and the quality of life in urban areas. We are continued monitoring and research on

the theme.

Key Words: Sustainable Urban Design, Solar Energy, Urban Forestry, Energy Save

Introdução

A forma vegetal mais característica na paisagem citadina é a árvore, que cada vez mais vem sendo incorporada

nos estudos relacionados com o ambiente urbano. O efeito mais procurado da vegetação é o sombreamento,

mas além de proteger o recinto urbano da insolação indesejada, reduzindo o consumo de energia ao longo do

período quente da região subtropical, matiza suas superfícies construídas, criando um efeito de filtragem

dinâmica.

A vegetação atua nos microclimas urbanos contribuindo para o controle da radiação solar, temperatura e

umidade do ar, ação dos ventos e da chuva e para amenizar a poluição do ar. As formas de atuação destes

fatores dependem do tipo de vegetação, seu porte, idade, período do ano, formas de associação dos vegetais

e, também, em relação às edificações e dos recintos urbanos. Pode-se enfatizar o controle de um elemento,

mas a vegetação interage sobre o conjunto de elementos climáticos.

A vegetação é um importante elemento de amenização da radiação solar através da associação de suas

propriedades de absortância e refletância. As temperaturas na área central das grandes cidades americanas,

por exemplo, aumentaram entre 1 e 1,1ºC por década nos últimos 50 anos e a demanda de eletricidade cresceu

entre 3 e 8% para cada 1ºC (QRC.DEPAUL, 2004). A interação desses efeitos relacionados às características

de cada espécie determina a influência da vegetação na condição térmica do ambiente construído. A

capacidade de absorver radiação de onda curta de um bordo é de 80%, podendo reduzir a temperatura em 6ºC

(QRC.DEPAUL, cit.). Quando a área urbana tem uma cobertura vegetal de pelo menos 20%, grande parte da

radiação solar recebida é usada para evaporação mais que para aquecer o ar. Junto com o esfriamento pela

transpiração, a sombra das árvores pode ajudar a refrescar o local, evitando o aquecimento de superfícies

artificiais que estão sob a cobertura arbórea. Estes efeitos podem reduzir a temperatura do ar em até 5ºC

(AKBARI et al, 1991). O controle da radiação solar, associado ao aumento da umidade relativa do ar, faz com

que a variação da temperatura do ar seja menor, reduzindo a amplitude térmica sob a vegetação, sendo maior

durante o verão, pois a densidade foliar e a evapotranspiração das plantas são mais intensas. A amplitude

térmica sob grupamentos é sempre menor que sob as árvores isoladas.

A iluminância sob um grupamento arbóreo é avaliada como percentual relativo da luz natural disponível que é

transmitida através da vegetação. A altura das plantas, a idade e o tipo de folhagem das espécies arbóreas

modificam a iluminância sob a cobertura vegetal. Em relação à variação sazonal, a transmitância tende a

aumentar em situação de inverno, com exceção de grupamentos arbóreos extensos e homogêneos. Um fator

determinante na quantidade e distribuição da luz natural sob as árvores é o tempo atmosférico. Em dias

encobertos, as áreas sob a arborização são proporcionalmente mais iluminadas que em dias de céu claro,

devido à maior transmitância da vegetação em relação à radiação solar difusa que à direta. A transmitância de

luz natural decresce com o aumento da densidade foliar: é mínima, da ordem de 9% junto a superfícies opacas

como troncos e ramos, e máxima, de quase 100% sob vazios na cobertura foliar e próximo à borda da copa. É

recomendável considerar a transmitância da luz através da ramificação, no inverno, para assegurar a

iluminância requerida pela tarefa visual em recintos urbanos e nos edifícios que dele formam parte. Na copa

das árvores a transmitância é menor devido à difusão da radiação entre as folhas e os ramos. A refletância das

folhas é de 6% apenas, sendo desprezível seu efeito.

Estudo de Caso: Desempenho Termo-Luminoso de espécies arbóreas

ExtremosaSibipirunaCinamomo

35º

30,5º

36º

37,5º

2 7,º 33º

Figura 1 Redução da temperatura ao Sol e à sombra de três espécies arbóreas estudadas.

Material e Métodos

O estudo dos aspectos ambientais realizado in loco em espécies arbóreas permite fazer uma primeira

aproximação aos aspectos quantitativos do tema. Como exemplo dos resultados obtidos é informado o

desempenho termo-lumionoso de duas espécies arbóreas. Foram realizadas medições de temperatura e

umidade relativa do ar, direção e velocidade do vento e iluminância natural nas estações fria e quente. Os

aparelhos usados foram 2 luxímetros Lutron LX-101, 2 termo-higrômetros digitais TFA, 2 termômetros de

superfície, 2 anemômetros Sper, 1 bússola e 1 máquina fotográfica Ashai Pentax. Para estimar o fator de céu

visível adaptou-se uma lâmpada “baloom” à câmara fotográfica O método utilizado para a medição da

transmitância termo-luminosa das árvores foi o proposto Méthy (1974). Para as outras medições ambientais

foram usados os métodos da norma americana ANSI/ASHARAE Standard 55 - 1992 e brasileiras ABNT

correspondentes. Para ver if icar os cr i t ér ios de aval iação dos fatores anter iormente c itados foi

feita uma medição pi loto no iníc io dos t raba lhos.

Resultados obtidos

A primeira parte da pesquisa analisou a diferença de temperatura entre a área central e duas áreas periféricas

da cidade de Passo Fundo, RS. Foi verificado que nas tardes de verão de céu claro, a temperatura do ar é da

ordem de 2 a 3ºC maior na área central que na periferia. Os valores são menores aos indicados por Robinette

(1972), devido ao adensamento baixo do solo urbano e ao tamanho da cidade (780 km2). No estudo piloto

realizado entre ruas com e sem vegetação, a diferença de temperatura encontrada foi de 3 a 4 ºC também na

estação quente; estes valores coincidem com os indicados pelo autor antes citado. A diferença se acentua com

a redução do deslocamento do ar entre as áreas em Sol e em sombra e como aumento do porte da vegetação.

A segunda parte da pesquisa estudou o desempenho ambiental de espécies arbóreas da cidade verificando o

sombreamento, tanto como minimizador (filtro ou barreira) da incidência da luz como moderador da

temperatura. Duas espécies das onze estudadas são apresentadas de forma comparativa quanto aos critérios

acima relacionados: a Lagerstroemia indica, Extremosa/ Rosedá, figura 2 e o Ingá uruguensis, Ingá (figura 3).

Análise da Situação de verão

Figura 2 - Fotografia Lagestroemia indica (Extremosa) no verão, seguido da imagem “balloon” e a sombra

projetada pela árvore na fachada do prédio.

A Lagestroemia indica (Extremosa) possui uma copa de tamanho médio homogêneo. O valor encontrado para a

transmitância luminosa foi de 14,16% (redução da iluminância sob a arborização em torno de 85,83% em

relação a iluminância natural disponível sob a abóbada celeste desobstruída). Sua influência sobre a umidade

relativa do ar local é pequena, de 11% do Sol para a sombra, também sobre a velocidade do vento. A redução

da temperatura de 4,5ºC do Sol para a sombra da árvore gera alívio ao usuário do passeio. Comparando as

iluminâncias verticais no Sol e na sombra da árvore projetada na fachada da edificação, verifica-se uma

redução de 85,84% dos raios solares pela folhagem. Este bloqueio é favorável para a situação de verão, pois

também reduz o ofuscamento do indivíduo ao se deslocar entre ambientes internos e externos, favorecendo a

acomodação visual.

Numa tarde de verão a temperatura superficial medida numa fachada Oeste na sombra projetada pela árvore

foi menor 4,8ºC (32,6ºC) que a temperatura registrada ao Sol (37,4ºC), auxiliando no conforto térmico tanto da

rua como do interior da edificação. O fator de céu visível da fachada em consideração é de 62,1 º. Esta espécie

arbórea não interfere na infra-estrutura aérea local e não danifica o calçamento público; praticamente não exige

manutenção.

Figura 3 - Fotografia Ingá uruguensis (Ingá) no verão, seguido da imagem da “balloon” e a sombra projetada

pela árvore na fachada do prédio.

O Ingá tem uma copa densa com folhagem verde escura, apresentando para a situação de verão uma

transmitância luminosa de 4% (redução da iluminância natural sob a arborização de 96% em relação à

disponível sob a abóbada celeste desobstruída). Neste tipo de folhagem ocorre uma retenção maior de água

sobre a superfície foliar que, por ser grande, aumenta a evaporação. A umidade relativa do ar aumentou 13%

com a presença da árvore. As temperaturas observadas sob a árvore ficaram 6ºC abaixo das temperaturas

observadas ao Sol devido ao bloqueio da radiação feito pela folhagem perene desta espécie.

Em relação às temperaturas superficiais da fachada analisada, também Oeste, verificou-se que a diferença

entre a temperatura ao Sol (28,1ºC) e na área sombreada pela árvore (24,3ºC) foi de 4,2ºC. O fator de céu

visível foi de 28º, ficando abaixo dos 30º considerados como adequado. Esta espécie, classificada como árvore

de médio porte, interfere na rede aérea local, sendo necessária manutenção periódica. O sistema radicular do

ingá não apresenta conflito com o passeio público.

Análise da Situação de inverno

Figura 4 - Fotografia Lagestroemia indica (Extremosa) no inverno, seguido da imagem “balloon” e a sombra projetada pela árvore na fachada do prédio.

Para a Lagestroemia indica (Extremosa), com a perda total da folhagem, a redução da iluminância natural é

praticamente nula. Situação favorável em condição de inverno. Esta espécie não aumenta a umidade relativa

local e diminui 0,95ºC a temperatura sob a mesma. Redução não significativa também favorável na estação fria

(figura 4).

Figura 5 - Fotografia Ingá uruguensis (Ingá) no inverno, seguido da imagem da “balloon” e a sombra projetada pela árvore na fachada do prédio.

O Ingá uruguensis (Ingá) apresentou uma transmitância luminosa de 12,16%. O ideal para a situação de

inverno é de 80%. O tipo de cobertura foliar da espécie, homogênea e densa, é o principal responsável pela

obstrução e, conseqüentemente pela baixa quantidade de luz natural disponível sob a árvore (figura 6). A

redução da temperatura sob a árvore também é importante, cerca de 6ºC (desfavorável para situação de

inverno), causando desconforto térmico ao usuário do passeio. A situação se agrava quando o vento no local

apresenta velocidade média superior a 5m/s. Esta espécie altera a umidade relativa do local em mais de 16% .

Em relação às temperaturas superficiais da fachada verificou-se que a diferença entre a temperatura ao Sol

(22,2ºC) e a temperatura na sombra projetada pela edificação (18ºC) foi de 4,2ºC, enquanto a temperatura na

fachada sombreada pela árvore (19,7ºC) foi de 2,5ºC. As temperaturas da área em sombra e da área

sombreada pela árvore são próximas, evidenciando que árvores de folhagem densa e perene geram um

bloqueio da radiação solar semelhante ao da sombra projetada pela edificação, indesejável na situação de

inverno. Esta espécie reduz a quantidade de luz natural nos quatro apartamentos que projeta sua sombra,

gerando necessidade de utilização de energia elétrica e sistemas de aquecimento artificial.

Exemplo dos benefícios da radiação solar no inverno (sem sofrer a ação resfriante do vento nesse período,

pouco significativa até o décimo andar em prédios situados em zonas de média densidade): uma janela aberta

na fachada Norte permite, em média, num dia do mês de junho, a entrada de 142 W/m²; se a janela for de, por

exemplo, 4m² entrariam no local 5.680 W/dia, ou seja, o equivalente a uma estufa elétrica de mais de ½ kW

funcionando durante 10 horas. Com o preço atual da energia elétrica na região (R$ 0,48 kw/h), ter-se-ia um

gasto diário de R$ 2,70; nos 100 dias do período invernal chegar-se-ia a um gasto anual de R$ 270,00. Se a

sombra de uma árvore como o Ingá se projetara sobre essa janela, o consumo de energia aumentaria

proporcionalmente à obstrução termo-luminosa da copa. Caro demais para a maioria da população local,

situação de doenças respiratórias para os que não podem pagar nem sequer um consumo mínimo de energia

elétrica. Grave em termos ambientais para a comunidade como um todo devido à poluição local produzida nas

áreas de produção e transporte de energia elétrica. A sombra projetada por uma árvore como o Ingá na janela

dessa fachada Norte criaria a necessidades de uso de energia operante no inverno. Situações como a descrita

devem ser levadas em consideração na estimativa de consumo energético das edificações.

Conclusões

A vegetação urbana interfere no desempenho termo-luminoso do recinto urbano e de seus edifícios orientados

para o Norte, Leste e Oeste. Árvores de folha caduca, no inverno, apresentam obstruções à insolação e à luz

natural que variam entre 5% e 65% segundo as espécies arbóreas, sendo consideradas adequadas para a

latitude 28ºS as que bloqueiam a radiação solar em até 20%. A transmitância termo-luminosa da vegetação no

inverno deve ser de pelo menos 40% para se ter valores de iluminância adequados para realizar tarefas visuais

de exigência média (cerca dos 300 lux), assim como da insolação para se obter calefação passiva nessa época

do ano. No verão a transmitância luminosa na maioria das espécies varia entre 5% e 10%. Em relação à

temperatura e umidade relativa do ar: folhagens densas ocasionam diferenças superiores a 5ºC entre a

temperatura ao Sol e a temperatura sob a árvore, o que é desfavorável em condição de inverno. As diferenças

de temperatura e umidade relativa do ar entre áreas sombreadas e ensolaradas são amenizadas com ventos

superiores a 1,5m/s, sendo mais pronunciadas acima dos 5m/s. Em recintos urbanos onde árvores com

transmitância luminosa superior a 80%, localizadas em espaços onde o fator de céu visível é de 45º ou mais, a

umidade relativa do ar atinge níveis satisfatórios para o verão, em torno e 55%.

A obtenção do equilíbrio entre espaços construídos e vegetação urbana implica em termos de energia uma

economia considerável se comparado com o custo dos sistemas de condicionamento artificial do ar. Os custos

são econômicos e ambientais, tanto em relação ao valor crescente das tarifas da energia elétrica em um Estado

que tem grandes restrições para seu fornecimento, como à poluição ambiental produzida por esses aparelhos,

que é grande. Das estratégias a utilizar na procura da sustentabilidade urbana, a vegetação como filtro natural e

conveniente da radiação solar incidente no verão na cidade subtropical úmida é importante.

O programa de plantio de árvores representa uma rara oportunidade para satisfazer simultaneamente ao

cidadão e ao ambiente urbano através da diminuição do consumo de energia elétrica, principalmente nas

regiões quentes úmidas. Entretanto, não há planos precisos e completos que estejam sendo aplicados entre

nós.

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