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Clima Urbano e Eficiência Energética nas Edificações

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Trabalho elaborado no âmbito do PROCEL EDIFICA - Eficiência Energética em Edificações.

F I C H A C ATA LO G R Á F I C A

Clima Urbano e Eficiência Energética nas Edificações - Rio de Janeiro, agosto/2011

1. Gianna Melo Barbirato/ Simone Carnaúba Torres/ Lea Cristina Lucas de Souza

TODOS OS DIREITOS RESERVADOS - é proibida a reprodução total ou parcial de qualquer forma ou por qualquer meio. A

violação dos direitos de autor (Lei no 9.610/98) é crime estabelecido pelo artigo 184 do Código Penal.

Trabalho elaborado no âmbito do convênio ECV033/04 realizado entre ELETROBRAS PROCEL e a UFAL

EL E T ROBR AS PROCEL

Presidência

José da Costa Carvalho Neto

Diretor de Transmissão

José Antônio Muniz Lopes

Secretário Executivo do Procel

Ubirajara Rocha Meira

Departamento de Projetos de Eficiência Energética

Fernando Pinto Dias Perrone

Divisão de Eficiência Energética em Edificações

Maria Teresa Marques da Silveira

Equipe Técnic a

ELETROBRAS PROCEL

Divisão de Eficiência Energética em Edificações

Clovis Jose da SilvaEdison Alves Portela JuniorElisete Alvarenga da CunhaEstefania Neiva de MelloFrederico Guilherme Cardoso Souto Maior de CastroJoao Queiroz KrauseLucas de Albuquerque Pessoa FerreiraLucas Mortimer MacedoLuciana Campos BatistaMariana dos Santos OliveiraVinicius Ribeiro Cardoso

Colaboradores

George Alves SoaresJosé Luiz G. Miglievich LeducMyrthes Marcele dos SantosPatricia Zofoli DornaRebeca Obadia PontesSolange Nogueira Puente SantosViviane Gomes Almeida

Diagramação / Programação Visual

Anne Kelly Senhor CostaAline Gouvea SoaresKelli Cristine V. Mondaini

UFAL

Edição

Leonardo Bittencourt

Autores

Gianna Melo BarbiratoSimone Carnaúba TorresLea Cristina Lucas de Souza

S U M Á R I OINTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 7

1 INTRODUÇÃO À BIOCLIMATOLOGIA ..................................................................................... 11

2 CLIMA: CONCEITO, CARACTERIZAÇÃO E UTILIZAÇÃO ...................................................... 19

2.1 Fatores climáticos globais ...........................................................................................................................................................20

2.1.1 Radiação solar ......................................................................................................................................................................................................20

2.1.2 Latitude .................................................................................................................................................................................................................21

2.1.3 Altitude ...................................................................................................................................................................................................................22

2.1.4 Regime dos ventos .............................................................................................................................................................................................22

2.1.5 Massas de água e terra ......................................................................................................................................................................................23

2.2 Fatores climáticos locais ..............................................................................................................................................................24

2.2.1 Topografia ..............................................................................................................................................................................................................24

2.2.2 Revestimento do solo .......................................................................................................................................................................................26

2.3 Elementos climáticos e o meio urbano ..................................................................................................................................27

2.3.1 Temperatura do ar ..............................................................................................................................................................................................27

2.3.2. Umidade ................................................................................................................................................................................................................28

2.3.3 Radiação .................................................................................................................................................................................................................29

2.3.4 Ventos......................................................................................................................................................................................................................30

2.3.5 Nebulosidade .......................................................................................................................................................................................................34

2.3.6 Precipitações ........................................................................................................................................................................................................34

3 A URBANIZAÇÃO E SEUS EFEITOS NO CLIMA DA CIDADE ................................................. 37

3.1 Escalas de medição em clima urbano e camadas atmosféricas urbanas ...................................................................41

3.2 O canyon urbano ............................................................................................................................................................................43

3.3 O balanço de energia urbano ....................................................................................................................................................49

4 ILHA DE CALOR URBANA .......................................................................................................... 55

4.1 Desenvolvimento do fenômeno ...............................................................................................................................................57

4.2 Intensidade e variabilidade da ilha de calor ........................................................................................................................59

4.3 As consequências do fenômeno ..............................................................................................................................................66

5 CONCEITOS DE CLIMA E MICROCLIMA URBANO APLICADOS.......................................... 71

5.1 A formação de microclimas .......................................................................................................................................................71

5.2. A influência do desenho de assentamentos construtivos na qualidade térmica urbana ...................................73

5.2.1 Princípios de Desenho Urbano para Regiões de Clima quente e seco ............................................................................................76

5.2.2 Princípios de Desenho Urbano para Regiões de Clima quente e úmido .......................................................................................77

5.2.3 Princípios de desenho urbano para regiões de clima tropical de altitude ....................................................................................78

5.3 A qualidade ambiental urbana ..................................................................................................................................................79

6 O PAPEL DA VEGETAÇÃO URBANA ......................................................................................... 81

7 O MONITORAMENTO URBANO ............................................................................................... 87

7.1 Procedimentos básicos para o monitoramento urbano ..................................................................................................88

7.1.1 As estações fixas ..................................................................................................................................................................................................89

7.1.2 Os transetos urbanos ........................................................................................................................................................................................89

7.1.3 Sensoriamento remoto .....................................................................................................................................................................................90

7.2 Localização e exposição de instrumentos meteorológicos em ambientes urbanos .............................................91

7.3 Teorias e abordagens de análise do clima urbano .............................................................................................................92

7.3.1 A metodologia de Monteiro ...........................................................................................................................................................................92

7.3.2 A contribuição de Oke .....................................................................................................................................................................................95

7.3.3 A metodologia de Bittan ..................................................................................................................................................................................95

7.3.4 A metodologia de Oliveira (1988) .................................................................................................................................................................95

7.3.5 A metodologia desenvolvida por Katzschner .........................................................................................................................................96

7.3.6 A abordagem bioclimática de Bustos Romero .........................................................................................................................................97

8 CLIMA E PLANEJAMENTO URBANO ....................................................................................... 99

8.1 Conforto térmico urbano e eficiência energética ..............................................................................................................99

8.2 Ambiente urbano e eficiência energética .......................................................................................................................... 101

8.3 A importância do tratamento dos espaços externos ..................................................................................................... 105

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...............................................................................................109

INTRODUÇÃOAs principais consequências da Revolução Industrial foram o desenvolvimento tecnológico, o crescimento

populacional e a urbanização. Do ponto de vista ambiental, estes fatos implicaram na degradação do meio

natural, decorrente tanto do processo de obtenção de matéria prima - desmatamentos, escavações - como

do processo de sua transformação - poluição das águas por despejos industriais, aumento da temperatura

devido aos adensamentos urbanos provocando o aparecimento de ilhas de calor, etc.. Todos estes exemplos

têm consequências graves sobre a qualidade de vida e podem não ficar restritos apenas ao local de ocorrência.

A urbanização pode ser caracterizada como um aumento na habitação humana, acoplado a um maior

consumo energético per capita e extensa modificação na paisagem, de modo a criar um sistema que não

depende, especialmente, dos recursos naturais locais para subsistir (McDONNEL; PICKETT, 1990). Em face

disso, e se os problemas ambientais decorrem do impacto dos assentamentos humanos sobre o meio natural,

a urbanização e as questões ambientais sempre deveriam ser examinadas e tratadas de forma integrada.

A urbanização excessiva também é responsável pelo contraste de padrões de vida dentro das cidades, e

entre assentamentos urbanos e rurais (BROWN, L.; JACOBSON, J. L. 1987). Enfatiza-se ainda que a escassez

de terra e água, o uso ineficiente de energia e os problemas resultantes da poluição contribuem para o

aumento do custo ecológico e econômico de suporte das cidades modernas.

Por outro lado, é inegável que, apesar de todos os prejuízos ecológicos e especialmente sob o ponto de

vista de higiene, saúde e oportunidades culturais, os moradores das cidades vivem mais e melhor que os

moradores do campo. Certamente o cuidado com a saúde, educação e outros itens são mais facilmente

providos pelas populações urbanas do que pelas rurais.

Historicamente, até o início do século XX, a relação do meio ambiente com os assentamentos humanos

era vista de forma nostálgica. A natureza era encarada não pelos seus aspectos dinâmicos e interativos,

mas unicamente como paisagem. Da mesma forma, a qualidade do meio ambiente urbano significava um

mal a ser reparado exclusivamente pelo desenvolvimento tecnológico. Consequentemente, os problemas

ambientais das cidades eram resolvidos através de soluções técnicas de caráter imediato.

Entretanto, essas soluções técnicas logo demonstraram suas limitações frente aos problemas ambientais

urbanos, levando as discussões desses processos para outras áreas - a econômica, a social e a política. E com

o enfoque ecológico mais uma vez posto de lado, continuou a visão inerte, estática e limitada da natureza,

demonstrada até mesmo nas tentativas complexas dos planejadores da segunda metade do século passado.

A dificuldade de se encarar o planejamento urbano com as questões vitais da qualidade do meio ambiente

nas cidades ainda persiste, embora haja algum reconhecimento, por parte dos planejadores e cidadãos em

geral, da importância desse enfoque.

Hoje, a preocupação com a qualidade do meio ambiente, em particular com o impacto dos assentamentos

humanos sobre o clima urbano é motivo de inúmeras investigações, já que se dispõe de uma gama de

conhecimentos, legislação e avanço tecnológico que permitem auxiliar nessas questões.

No entanto, as discussões ainda não têm permitido solucionar a grande questão ambiental que é o pro-

cesso de urbanização. Nesse contexto, é importante ressaltar que qualquer intervenção no meio urbano

pressupõe, como recurso indispensável ao planejamento, a investigação climática. A forma de ocupação

e crescimento das cidades gerou mudanças ambientais e consequências inquestionáveis no meio natural,

especialmente no clima.

A massa construída das cidades (edificações, pavimentação) produz alterações na paisagem natural, re-

sultando em inúmeros microclimas. O fenômeno de “ilhas de calor” (e ilhas frias coexistentes, devido ao

sombreamento de edifícios altos), já bastante estudado, tornou-se sinônimo da própria climatologia urbana.

Por outro lado, a urbanização dos países tropicais não foi consequência direta da industrialização, mas

o resultado da migração de áreas rurais (na forma de um crescimento rápido e desordenado até os dias

de hoje), tornando mais difícil o suprimento das necessidades básicas de habitação, saneamento básico,

alimentação, entre outros. Tudo isso resultou, entre outros fatores, na degradação do ambiente urbano e

com consequências importantes para a eficiência ambiental das edificações (SANTAMOURIS, M (ed.), 2001).

No contexto dos climas tropicais de baixa latitude, estima-se que ainda existe muito a descobrir sobre o

estado da atmosfera tropical ou seus processos fundamentais. A maioria dos trabalhos sobre climas tropicais

ainda baseia-se unicamente em dados meteorológicos-padrão já existentes, obtidos em regiões localizadas

frequentemente em áreas suburbanas de aeroportos e que raramente são ideais para o monitoramento

urbano. Dessa forma, os pesquisadores não podem contar com uma rede meteorológica densa, e isso inclui

ainda escassez de equipamentos apropriados para estudos adequados da camada limite urbana.

Sabe-se que uma das grandes discussões hoje sobre a otimização dos espaços urbanos está no adensa-

mento, ou não, dos centros das cidades, e os impactos ambientais consequentes. Do mesmo modo, áreas

de crescente valorização imobiliária nas grandes, médias e pequenas cidades são desordenadamente

ocupadas. A climatologia urbana e o conforto térmico urbano contam com o envolvimento de profissionais

de formações acadêmicas bastante diferenciadas. Nesse contexto, torna-se importante o desenvolvimento

de pesquisas que auxiliem o planejador urbano quanto à possibilidade de trabalhar com simulações que

mostrem diversas alternativas de organização dos espaços urbanos, fundamentadas não apenas em critérios

técnicos e de desenho, mas também com ênfase em critérios ambientais, entre os quais, o de conforto dos

ambientes urbanos. Destaca-se ainda, a importância dos processos climáticos oriundos do meio externo

imediato na adequação climática das edificações, de modo a otimizar as condições de conforto térmico

dos usuários e reduzir o consumo de energia através da utilização mais racional dos elementos do clima.

Hoje, mais do que nunca, as edificações devem adaptar-se rapidamente às novas situações derivadas das

restrições energéticas atuais. A racionalização do uso de energia ativa nas edificações torna-se relevante

quando se sabe que as soluções arquitetônicas de condicionamento natural entre espaços internos e ex-

ternos significam um excelente meio para se obter, nos ambientes internos, a minimização de gastos com

energia elétrica para resfriamento e iluminação dos espaços.

Serão aqui apresentados os principais aspectos envolvidos no processo de produção de espaços urbanos

e os consequentes impactos ambientais nas cidades. A partir da compreensão destes aspectos, inclui-se

a abordagem sobre os fenômenos climáticos e as discussões sobre conforto térmico humano a partir do

condicionamento natural. Espera-se, assim, contribuir para a difusão dos conhecimentos dos fenômenos

climáticos urbanos a fim de subsidiar as atividades relacionadas ao planejamento e intervenções urbanas,

auxiliando o desenvolvimento das práticas relacionadas à eficiência energética das edificações com qua-

lidade ambiental urbana.

1 INTRODUÇÃO À BIOCLIMATOLOGIADesde a pré-história, o ser humano cria novas condições de habitabilidade, modificando o ambiente cons-

truído e natural. A história da humanidade demonstra, entretanto, que nem sempre a interferência humana

na paisagem foi marcada por degradação ambiental.

Construir com princípios ecológicos, em harmonia com a natureza, foi algo que a humanidade também

praticou. Já se percebia, assim, a preocupação com as considerações do meio no traçado e com a implan-

tação dos assentamentos.

O clima é um importante fator responsável pela variação das paisagens e pela diversidade biológica na

Terra. É responsável também pela diversidade de tipologias e variações arquitetônicas, assim como pelos

diferentes hábitos e costumes humanos.

As culturas antigas, por exemplo, principalmente as greco-romanas, destacaram-se pela produção de

espaços criados a partir da captação do genius loci, ou seja, do espírito do lugar que confere o sentido e o

significado do lugar.

O arquiteto Vitrúvio, que viveu no Século I d.C. e inaugurou os conceitos da teoria classicista da arquitetu-

ra, já destacava que a orientação adequada das construções e dos assentamentos proporciona melhores

condições de habitabilidade do edifício e da cidade. A preocupação de Vitrúvio com o clima e a orientação

dos edifícios resultou em um dos escritos mais antigos sobre o assunto. No seu tempo, a preocupação

com a higiene e o conforto veio modificar mais ainda o traçado da cidade romana, sugerindo que as ruas

pequenas ou vielas fossem orientadas no sentido de conter os desagradáveis ventos frios e os infecciosos

ventos quentes.

C L I M A U R B A N O E E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A N A S E D I F I C A ÇÕ E S12

Fotografia 1.1 : Maquete da Roma antiga, Museo

della civiltà romana, Roma.

Fonte: Arquivo pessoal.

Na cidade medieval encontram-se vários elementos que demonstram a adaptação ao clima e ao lugar.

O morador medieval procurava proteção contra o vento do inverno, evitando a construção de túneis de

ventos, tais como a rua reta e larga. Além de estreitas e irregulares, as ruas medievais apresentavam curvas

abruptas e interrupções, becos sem saída, para quebrar a força do vento.

No sudoeste dos EUA desenvolveu-se, desde o século VI, uma civilização indígena, conhecida por pueblos,

distribuída pelos atuais estados do Novo México, Arizona e Colorado. Os pueblos eram construções justa-

postas, nas quais os pontos mais altos chegavam a ter mais de cinco pavimentos. Dentre eles destacam-

se o Taos Pueblo, ainda existente e explorado turisticamente pelos próprios índios, e o Pueblo Bonito

(fotografias 1.1 e 1.2). O Pueblo Bonito destaca-se pela sua forma semicircular e escalonada, voltada para

o sul, orientação que, de acordo com a latitude local e hemisfério, permite a incidência do sol de inverno,

favorecendo ao máximo a insolação das unidades habitacionais nesta época. A implantação junto a uma

encosta no lado norte, faz com que seja reduzida a insolação de verão e a incidência dos ventos frios de

inverno vindos do norte.

Historicamente, as cidades gregas eram implantadas em função do Sol (fotografia 1.3), de modo que as

suas edificações pudessem estar voltadas para ruas orientadas a leste - oeste (LECHNER, N., 2000). Os ro-

manos, do mesmo modo, garantiam, através de leis, como o Código de Justiniano, o direito ao acesso e

aquecimento pelo sol.

C L I M A U R B A N O E E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A N A S E D I F I C A ÇÕ E S 13

Fotografias 1.1 e 1.2: Vista do

Taos Pueblo e do Pueblo Bonito,

respectivamente.

Fontes: Radeka (1998); Lloyd

(2003).

Fotografia 1.3: Vista da cidade de Atenas,

Grécia.

Fonte: Fotonostra (2005).

Em assentamentos primitivos, próprios dos climas quentes e secos do mundo islâmico, o traçado de ruas

estreitas e massa edificada formada por estruturas de vários andares ao longo das mesmas mostravam a

resposta inteligente à necessidade de sombreamento nesse tipo de clima. (Fotografias 1.4 e 1.5)

Fotografias 1.5 e 1.6: Vista da cidade

de Yazd, Irã e rua sombreada da

cidade de Fez.

Fontes: Bonine (2004), Behling;

Behling (1996).


A consonância entre habitat e meio ambiente sempre ajudou o homem, ao longo da história, a refugiar-se

contra a inconstância do meio climático, geográfico e natural. Neste sentido, a arquitetura vernácula, que

utiliza conhecimentos empíricos transmitidos por gerações, fornece inúmeros exemplos da construção do

abrigo humano em perfeita harmonia e adaptação com o meio, reunindo formas de expressão e conteúdo

determinadas também pelas atividades sociais e culturais. Com base neste entendimento, a arquitetura

pode ser entendida como uma concretização do espaço existencial a partir do relacionamento do homem

com o meio em que vive (diagrama 1.1).

Diagrama 1.1 - Influências do meio natural

e humano sobre o ambiente construído.

Fonte: Castro (1987, p. 85).

O termo “arquitetura bioclimática” surgiu na década de 60 do século XX, a partir de pesquisas de Aladar e

Victor Olgyay (OLGYAY, A. OLGYAY, V., 1998). Esta consiste na adequada e harmoniosa relação entre ambiente

construído, clima e seus processos de troca de energia, tendo como objetivo final o conforto ambiental

humano. Mais do que parte do movimento ecológico mundial que se seguiu posterior, o bioclimatismo é

uma das concepções que mais reforçam e contribuem para a eficiência térmico-energética de um edifício.

A bioclimatologia trata da relação entre o usuário e as condições climáticas, de modo que a arquitetura

torne-se um “filtro” das condições exteriores, com a adequada envoltória. O termo “projeto bioclimático”

(OLGYAY, V., 1963) foi utilizado para designar a arquitetura em harmonia com o meio natural.

Nem sempre é possível “construir com o clima”, mas é certo que, em quase todos os climas, quando o

rigor climático não é extremado, é possível o condicionamento natural, através de técnicas seletivas ou

conservativas de energia natural. Estas técnicas podem tornar os ambientes mais frescos nas épocas mais

quentes e mais agradáveis nos dias frios, especialmente para programas arquitetônicos que não requerem

cuidado especial com a climatização artificial dos ambientes. Por outro lado, sabe-se que a refrigeração e a

calefação são soluções bastante eficazes para climatização interior, mas são dispendiosas e podem tornar

o ambiente insalubre.


Por essas razões, é importante levar em consideração os aspectos climáticos no processo projetual, desde

a primeira fase de concepção, de modo que se obtenham ambientes confortáveis, salubres e com baixo

consumo de energia.

Para o controle natural dos ambientes na concepção de projetos, é importante conhecer os fatores ex-

ternos (clima) de onde se está projetando. Assim, os espaços construídos poderão amenizar as condições

externas, se desfavoráveis, proporcionando ambientes confortáveis e favoráveis à realização de atividades

pelos seus usuários.

Uma arquitetura baseada na conservação de energia pode ser confortável, além de menos dispendiosa que

a arquitetura “convencional”, baseada no uso de equipamentos mecânicos para resfriamento, aquecimento

ou necessidade de iluminação.

Exemplos significativos de resposta arquitetônica frente às diferentes solicitações climáticas estão presen-

tes nas construções vernáculas e regionais, exemplos de equilíbrio térmico entre o abrigo e o ambiente.

No Brasil, correspondem, entre outros exemplos, às casas ribeirinhas do vasto território amazônico, aos

alpendres paulistas, às casas de taipa e palha do litoral nordestino, às varandas mineiras ou às residências

em madeira, pedra e tijolo da serra gaúcha (fotografias 1.7, 1.8 e 1.9).

Fotografias 1.7, 1.8 e 1.9: Exemplos da arquitetura vernácula no Brasil: aldeia de pescadores na litoral alagoano, casa do

período colonial cercada por varandas e casa de madeira na região sul.

Fontes: Leonardo Bittencourt (1993); Ferreira (2004, p.85).

Da mesma forma, a arquitetura dita “regional”, é uma resposta à indiferença da “internacionalização da arqui-

tetura” aos valores culturais, estéticos e climáticos de uma região. Apesar de ser ainda bastante discutida, é,

sem dúvida, uma leitura eficiente da cultura de uma região, resgatando muitas vezes técnicas construtivas

e tipologias tradicionais, traduzindo-as para um repertório atual.


Destaca-se a arquitetura de Severiano Porto, em Manaus. A Residência Robert Schuster na floresta, aberta

ao vento, é feita com processos construtivos artesanais, utilizando-se de material obtido no local - madeira

para estrutura, vedação e cobertura. O partido arquitetônico fica condicionado à redução da área destina-

da à construção para evitar a remoção de árvores e a abertura de grande clareira, que possam ocasionar

a queda de árvores pela quebra do equilíbrio existente na floresta amazônica, onde as árvores possuem

somente raízes superficiais (fotografia 1.10 e desenho 1.1).

Fotografia 1.10 e Desenho 1.1: Casa vernácula

sobre palafitas no Rio Negro, adequadas às

cheias do rio e a Residência Robert Schuster,

projeto do Arquiteto Severiano Mário Porto.

Fonte: Rovo; Oliveira (2004).

No contexto urbano, o projeto e planejamento do sítio e da configuração do tecido urbano afetam e tem um

importante impacto na resposta das edificações frente ao clima. No trópico úmido, algumas comunidades,

como em Tocamacho, beneficiam-se da necessidade de resfriamento pela ventilação natural, com o afas-

tamento entre edificações e uso de vegetação alta, que não obstrui o fluxo de ar no nível das construções

(fotografia 1.11 e desenho 1.2).

Fotografia 1.11 e desenho 1.2:

Vilarejo em Tocamacho, Honduras,

imagem das cabanas em palha

e desenho da distribuição das

mesmas.

Fontes: Garinagu (1999); Lechner

(2000, p.283).

Desta forma, percebe-se que as concepções bioclimáticas podem ser aplicadas ao espaço urbano, de forma

que os ambientes urbanos resultantes possam transformar-se em “filtros” dos elementos do clima adversos

às condições de saúde e conforto térmico do homem. Todo o repertório do meio ambiente urbano (edifícios,

vegetação, ruas, praças e mobiliário urbano) deve conjugar-se com o objetivo de satisfazer às exigências


de conforto térmico para as práticas sociais do homem (BUSTOS ROMERO, M.A., 2001). A importância da

utilização dos princípios bioclimáticos na concepção e construção dos espaços, deve-se ao alcance da

inter-relação entre os seguintes aspectos:

a) A dimensão humana e suas necessidades físico-biológicas associadas ao conforto;

b) A dimensão ecológica, com a utilização de sistemas passivos de energia, obtidos a partir do potencial

climático e ambiental local;

c) A dimensão econômica, com a redução de recursos financeiros e de consumo de energia, principalmente

elétrica;

d) A dimensão cultural, com a preservação de padrões arquitetônicos locais, reforçando e promovendo a

identidade arquitetônica regional e nacional;

e) A dimensão espacial, a partir de uma arquitetura planejada para interagir com a natureza e promover

conjuntos urbano-arquitetônicos mais equilibrados do ponto de vista espacial e ambiental;

f ) A dimensão tecnológica, com o desenvolvimento de novas técnicas, sistemas passivos, materiais e

componentes arquitetônicos, assim como, de mecanismos de avaliação e monitoramento da eficiência

energética da edificação.

Percebe-se, assim, que a incorporação dos elementos próprios do lugar, especialmente os ambientais, que

são os que outorgam caráter e definem a cidade, permite realizar um planejamento local específico, mais

adequado à grande diversidade regional. A consideração destes elementos nos permite atender melhor

às exigências da qualidade de vida humana (BUSTOS ROMERO, M. A., 2003).

2 CLIMA: CONCEITO, CARACTERIZAÇÃO E UTILIZAÇÃOO clima é o resultado dinâmico de fatores globais (latitude, altitude, continentalidade, etc.), locais (revesti-

mento do solo, topografia) e de elementos (temperatura, umidade, velocidade dos ventos, etc.) que dão feição

a uma dada localidade. É a integração dos estados físicos do ambiente atmosférico (tempo), característico de

certa localidade geográfica, de modo que não há dois climas rigorosamente iguais (KOENIGSBERGER, O. H.;

MAYHEW, A.; SZOKOLAY, S.V., 1977). É a feição característica e permanente do tempo, constante e previsível.

Adequar o ambiente construído ao clima de um determinado local significa construir espaços que possi-

bilitem ao homem melhores condições de conforto, além de permitir a valorização dos aspectos culturais,

sociais e ambientais das diferentes regiões que compõem o planeta. A definição do tipo de clima é baseada

no levantamento das características da atmosfera, inferidas de observações realizadas durante um longo

período, abrangendo um número significativo de dados referentes às principais variáveis climáticas.

Dentre os elementos do clima, pode-se afirmar que os que mais afetam o conforto humano são a temperatura

do ar e a umidade do ar, sendo a radiação solar e a ventilação, os fatores climáticos mais representativos no

processo (GIVONI, B., 1976). Atribui-se, portanto, aos elementos climáticos, a qualidade de definir e fornecer

os componentes do clima, e aos fatores climáticos, a qualidade de condicionar, determinar e dar origem ao

clima. Os chamados fatores locais introduzem variações no clima condicionando, determinando e dando

origem aos diferentes microclimas verificados em ambientes restritos, como um bairro ou uma rua. Desta

forma, o clima de uma área é composto pelos fatores climáticos, globais e locais, e pelos elementos climáticos.

Nas estações meteorológicas, são registradas, comumente, na forma de tabelas ou gráficos, as seguintes

variáveis climáticas: temperatura do bulbo seco, umidade (absoluta ou relativa), movimento do ar (velo-

cidade e direção dos ventos), precipitação (em mm por unidade de tempo - dia, mês, ano), nebulosidade

(em fração do céu - em oitavas), duração da luz do sol e radiação solar.

As condições climáticas externas são determinadas através de análise estatística de dados climáticos de

séries históricas longas (30 anos - normais climatológicas). No projeto arquitetônico, gráficos climáticos e

cartas solares são bastante úteis para análise. Conhecendo-se o comportamento dessas variáveis, pode-se


obter um primeiro diagnóstico de seu clima e das principais estratégias de projeto. A escolha das estratégias

deve ser feita em função do tipo de clima e do tipo de edificação.

Pode-se definir tempo (estado essencialmente variável) como estado atmosférico em um determinado

momento, considerado em relação a todos os fenômenos meteorológicos: temperatura, umidade e ventos.

Já a definição de clima (estado constante e previsível) está relacionada à feição característica e permanente

do tempo, num lugar em meio a suas infinitas variações (MASCARÓ, L., 1996). A informação climática deve

ser considerada em três níveis:

1. Dados macroclimáticos: descrevem o clima geral de uma região. São obtidos nas estações meteorológicas;

2. Dados mesoclimáticos: informam as modificações do macroclima, provocadas pela topografia local;

3. Dados microclimáticos: informam os efeitos das ações humanas sobre o entorno, assim como a influência

que essas modificações exercem sobre os recintos urbanos.

2.1 Fatores climáticos globais

2.1.1 Radiação solarRadiação Solar é energia eletromagnética, de onda curta, emitida pelo sol, sendo parcialmente absorvida

pela atmosfera terrestre. A intensidade da radiação solar varia em função das atividades solares e da distância

da Terra ao Sol. O curto comprimento é dividido em três escalas: a infravermelha, <0,4µm, a visível, de 0,4µm

a 0,76µm, e a ultravioleta, >0,76µm (1 µm corresponde a 1 micrômetro sendo equivalente a 10-6m). O ozônio

absorve a maior parte dos raios ultravioleta e aqueles de menor comprimento de onda, fazendo com que ape-

nas uma pequena parcela chegue à superfície da terra. Os vapores d’água e o dióxido de carbono absorvem

grande parte dos raios infravermelhos, reduzindo sua carga térmica. A parcela de radiação restante é absorvida

pelas superfícies terrestres e reemitida ao meio sob forma de ondas longas, produzindo um aumento da tem-

peratura do ar. Tal reemissão varia segundo o albedo de cada superfície, isto é, segundo a porção de radiação

incidente refletida pela superfície.

A maior influência da radiação solar ocorre na distribuição da temperatura do globo. Quanto maior a altitude

do sol (Esquema 2.1), mais concentrada será a intensidade da radiação por unidade de área e menor será

o albedo. A altitude do sol (ângulo entre seus raios e uma tangente à superfície no ponto de observação)

é determinada pela latitude do local, pelo período do dia e pela estação.


Esquema 2.1: Localização da posição do sol:

Azimute (A), altura (a).

Fonte: adaptado de Bardou; Arzoumanian

(1984, p.20).

2.1.2 Latitude A latitude é a distância contada em graus da linha do equador, no sentido Norte e Sul, de 0° a 90°, medida

pelos paralelos. Possui influência principal no controle sobre a quantidade de insolação que um determinado

local recebe (Esquema 2.2).

Esquema 2.2: Influên-

cia da latitude na in-

tensidade da radiação

solar incidente. Fonte:

adaptado de Bardou;

Arzoumanian (1984,

p.19).

A radiação solar diminui com o aumento da latitude e o aquecimento diferenciado. Dentre outras con-

sequências, faz alterar a pressão atmosférica, diminuindo nos trópicos, onde o ar aquecido tende a subir,

resfriando-se a grandes alturas e deslocando-se para zonas mais frias.

Os valores máximos de temperatura do ar não são encontrados no equador, e sim nos trópicos. Os fatores

que contribuem para esse fenômeno são os seguintes (MASCARÓ, L., 1996):

1. A migração aparente do sol no zênite é relativamente rápida durante sua passagem pelo equador, mas

sua velocidade diminui à medida que se aproxima dos trópicos;

2. Entre os 6°N e os 6°S os raios do sol permanecem quase verticais durante apenas 30 dias dos equinócios

(significa “dias iguais”, com uma distribuição simétrica de radiação solar para os dois hemisférios, corres-

pondendo às estações de outono e primavera), não havendo tempo para armazenar calor na superfície e

originar altas temperaturas.


2.1.3 AltitudeA altitude é referenciada pela elevação de um ponto acima do nível do mar, tendo influência direta na tem-

peratura do ar, pois, aumentando-se a altura, o ar estará menos carregado de partículas sólidas e líquidas. São

justamente estas partículas que absorvem as radiações solares e as difundem aumentando a temperatura do ar.

O gradiente termométrico do ar é de aproximadamente 1°C para cada 200m de altura, com pouca variação

em relação à latitude e às estações (BUSTOS ROMERO, 1988).

2.1.4 Regime dos ventosO regime dos ventos é determinado pelas correntes de convecção na atmosfera, que tendem a igualar o

aquecimento diferencial das diversas zonas do globo terrestre. A diferença de pressão, ou de temperatura entre

dois pontos da atmosfera, gera um fluxo de ar, que se desloca das regiões mais frias (alta pressão - anticiclone),

para as regiões mais quentes (baixa pressão - ciclone) - (esquema 2.3).

Esquema 2.3: Padrão de circulação do vento

na atmosfera.

Fonte: Köenigsberger et al. (1977, p.32)


2.1.5 Massas de água e terraA proporção entre as massas de terra e os corpos de água produz um impacto característico no clima, pelo

amortecimento das variações térmicas, aumento da umidade do ar, alteração de pluviosidade e a indução de

brisas locais.

As massas de água, especificamente, possuem um considerável efeito estabilizador, contribuindo para a

redução de temperaturas extremas diurnas e estacionais, devido à diferente capacidade de armazenamento

de calor em relação às massas de terra. Isso ocorre porque os corpos d’água apresentam uma capacidade

de armazenamento de calor significativamente maior do que o solo, exercendo um importante papel de

volante térmico, formando correntes de convecção (NASCIMENTO, C. C., 1993).

Algumas pesquisas comprovaram que quanto maior as distâncias das amostras de uso do solo das grandes

massas de água, maiores são as amplitudes térmicas (SAMPAIO, H. L., 1981).

A presença de corpos d’água tem participação relevante na modificação do efeito do aquecimento nas

cidades, devido às grandes diferenças no balanço energético entre superfície urbana e superfície de água

(DUFNER, K.L. et al., 1993). Em padrões diferenciados de uso do solo, a proximidade do oceano assume

importância sobre as variações de temperatura na cidade (SAMPAIO, H. L., 1981). É evidente, ainda, o efeito

positivo de massas d’água em áreas urbanas no microclima de áreas vizinhas, melhorando a qualidade

climática dessas regiões (MURAKAWA, S. et al., 1991).

As brisas que sopram do mar podem ser desviadas por acidentes topográficos, provocando a sotavento

uma região árida, como acontece no sertão (esquema 2.4).

Esquema 2.4: Deslocamento e

desvio de massas úmidas: falta de

chuva no sertão.

Fonte: Bustos Romero (1988,

p.30).


2.2 Fatores climáticos locais

2.2.1 TopografiaA topografia influencia na redução de temperatura, quando ocorrem mudanças na elevação e orientação

do sítio, devido à diferença de radiação solar incidente.

Um relevo acidentado pode, também, atuar como barreira à ventilação, modificando, muitas vezes, as

condições de umidade e de temperatura do ar em escala regional (esquemas 2.5 e 2.6).

Alguns estudos sobre o efeito da urbanização no aumento da temperatura da cidade comprovam que o

posicionamento do sítio dos recintos urbanos pode resultar também em benefícios para a qualidade tér-

mica dos assentamentos urbanos. Uma pesquisa realizada na cidade de Salvador-BA, baseada na análise de

diferentes bairros, como o de São Pedro, de uso predominante de comércio e serviços, possuindo edifícios

altos, com uma taxa de ocupação do solo na ordem de 73%, constatou que este bairro não obteve altas

elevações de temperatura. Ou seja, a posição privilegiada do sítio no qual se assenta o respectivo bairro,

facilita sua exposição à ventilação predominante, amenizando as suas possibilidades de armazenar calor

nas massas edificadas (SAMPAIO, H. L., 1981).

Esquema 2. 5: Efeitos do relevo na incidência dos

ventos predominantes - posições privilegiadas (pon-

tos pretos) e desprivilegiadas (pontos brancos) de

assentamentos a partir de diferentes conformações

de relevo.

Fonte: Oke (1999, p.183)


Esquema 2.6: Efeitos do relevo na incidência dos ventos predo-

minantes a partir de diferentes conformações de relevo.

Fonte: Adaptado de Oke (1999, p.185).

No Deserto do Colorado, nos E.U.A., o povo de Mesa Verde construiu suas habitações protegidas do sol

pelas encostas de pedra, sombreando as habitações no verão quente e seco. No inverno, quando a incli-

nação do sol é mais baixa, os raios solares atingem as edificações aquecendo-as durante o dia (esquema

2.7 e fotografia 2.1).

Esquema 2.7 e fotografia 2.1: Exemplo do aproveitamento da topografia para a implantação adequada de assentamen-

tos - povoado de Mesa Verde, E.U.A.

Fontes: Lamberts; Dutra; Pereira (2004, p.16); Lechner (2000, p.251).


2.2.2 Revestimento do solo Os revestimentos do solo podem ser massas d’água, cobertura vegetal ou revestimentos artificiais de urba-

nização, que apresentam implicações climáticas de caráter local. As massas d’água, como já exposto anterior-

mente, funcionam no amortecimento e diferenciação das variações térmicas, provocam aumento de umidade,

alteração de pluviosidade e indução de ventos locais (esquema 2.8). A cobertura vegetal, quando por florestas

tropicais, afeta o clima de grandes regiões, provocando a diminuição da temperatura média local e redução

da amplitude térmica, diminuindo a absorção de calor e aumentando a umidade relativa.

Esquema 2.8: Brisas do mar

e da terra durante o dia e

durante a noite

Fonte: Lechner (2000, p. 70)

A taxa de umidade do solo é diretamente proporcional à sua condutibilidade térmica. O solo pouco úmido

absorve rapidamente o calor incidente durante o dia, liberando-o à noite e provocando uma elevada am-

plitude térmica. Os materiais que possuem um albedo baixo e uma condutividade alta proporcionam um

microclima suave e estável, enquanto que o inverso contribui para a criação de um microclima de extremos

(BUSTOS ROMERO, M. A., 1988).

Através do esquema 2.9, pode-se observar que os diferentes tipos de revestimentos e materiais urbanos

possuem albedos diferenciados. Desta forma, verifica-se que a qualidade térmica dos recintos urbanos

também será fortemente influenciada pelas propriedades termo-físicas dos materiais adotados. A capaci-

dade de reflexão e absorção dos diversos materiais, em relação à luz e ao calor, depende diretamente de

suas propriedades físicas como densidade, textura e cor. Influenciam consideravelmente na quantidade de

energia térmica acumulada e irradiada para a atmosfera, contribuindo para um aumento da temperatura

do ar (expresso pelo albedo, absorção e emissividade).


Esquema 2.9: Valores do albedo de

diferentes materiais e superfícies

urbanas.

Fonte: Espere-enc (2003).

2.3 Elementos climáticos e o meio urbano

Os elementos climáticos - especialmente a temperatura, umidade, radiação, ventos, nebulosidade e chu-

vas - sofrem influência do ambiente urbano. Esses elementos atuam de forma integrada, influenciando-se

mutuamente.

2.3.1 Temperatura do arA temperatura do ar é resultante do aquecimento e resfriamento da superfície da terra, por processos in-

diretos, já que o ar é transparente à radiação solar. O balanço térmico da superfície terrestre é constituído por

fenômenos como evaporação, convecção, condução e emissão de radiação de ondas longas.

Na cidade, a temperatura do ar é geralmente maior do que na área rural circundante, tanto que na litera-

tura específica a cidade é tratada como uma ilha de calor. Vários estudos e pesquisas tem constatado essa

diferença comprovando o registro de média de temperatura anual de 0,5°C a 3°C a mais e de 10% a menos

em relação ao meio rural, principalmente em dias de uso de aquecimento da cidade com equipamentos

de climatização artificial (LANDSBERG, H.E., 1997).


2.3.2. UmidadeUmidade é o termo usado para descrever a quantidade de vapor d’água contido na atmosfera. Embora o vapor

d’água represente apenas 2% da massa total da atmosfera, ele é o componente atmosférico mais importante

na determinação do tempo e do clima. Por ser a origem de todas as formas de condensação e precipitação

e de absorver tanto a radiação solar quanto a terrestre, exerce um grande efeito sobre a temperatura do ar e

constitui-se em fator determinante da sensação de conforto térmico humano.

Há varias maneiras de medir o conteúdo de umidade da atmosfera: umidade absoluta, umidade específica,

índice de umidade, temperatura de ponto de orvalho, umidade relativa, pressão de vapor1. Destas, a umidade

relativa é a mais usada, e indica o grau de saturação do ar (%). É fortemente influenciada pela temperatura

do ar, sendo inversamente proporcional a esta.

Apesar da maior quantidade de vapor presente na atmosfera urbana, em função das atividades antropo-

gênicas, a umidade relativa é, em média, 6% menor na cidade, se comparada com a encontrada no campo,

devido ao incremento da temperatura urbana (LANDSBERG, H.E., 1997).

A diminuição da umidade relativa do ar nas cidades é uma característica importante do clima urbano. A

maior quantidade de superfícies impermeabilizadas nas cidades provoca o rápido escoamento das águas

de chuva e reduz o índice de evapotranspiração.

É importante observar que apesar das áreas urbanas provocarem a diminuição da umidade, podem tam-

bém incrementá-la por processos liberadores de vapor d’água (combustão). Em climas quentes e secos, o

incremento do teor de umidade do ar é importante, e pode ser alcançado através de estratégias projetuais

que incluam, no recinto urbano, água e vegetação (fotografia 2.2).

1 Umidade absoluta: representa o peso de vapor d’água por unidade de volume de ar expressa em gramas por metro cúbico de ar (g/m³); Umidade relativa: porcentagem da quantidade de vapor d’água existente no ar e a quantidade máxima que este pode conter nas mesmas condições de temperatura e pressão quando saturado (%); Umidade específica: indica o peso do vapor d’água por unidade de peso de ar (g/Kg); Pressão de vapor: pressão global decorrente do vapor d’água (mm/hg).


Fotografia 2.2: Exemplo de utilização de espelhos d’água

para incremento da umidade relativa do ar em edifica-

ção de clima quente e seco.

Fonte: Leonardo Bittencourt (1992).

2.3.3 RadiaçãoA radiação total nas superfícies horizontais de uma estrutura urbana é cerca de 10% a 20% menor que em

um arredor rural próximo. Da mesma forma, a duração da insolação é estimada entre 5% e 15% menor (LAN-

DSBERG, H.E., 1997). Essas condições dependem, fundamentalmente, da latitude do local e das condições do

sítio urbano (montanhas, serras, grandes formações rochosas, etc.). Em escala microclimática, a massa edificada

urbana modifica a duração da exposição nos espaços, provocando sombreamento do solo, sobre si mesmo,

ou em outros edifícios (fotografia 2.3).

Fotografia 2.3: Exemplo da minimização da exposição à radiação

solar nos espaços urbanos: sombreamento dos logradouros a parir

da aproximação dos blocos de massa edificada - Rua de Marrakesh.

Fonte: Eggy’s photo [200-].


2.3.4 VentosO movimento do ar é resultado das diferenças de pressão atmosférica verificadas pela influência direta da

temperatura do ar, deslocando-se horizontalmente e verticalmente. O movimento horizontal está relacionado

às diferenças de temperatura da superfície terrestre, e o movimento vertical, ao perfil de temperatura.

No centro urbano, a velocidade do vento é mais baixa que nos arredores. O ar tende a se mover mais devagar

próximo ao solo e aumenta a sua velocidade com a altura. Além do mais, o vento, ao chegar à cidade, pode

mudar de direção, ao seguir os túneis criados pelas ruas com edificações altas em ambos os lados, ou ao

incidir em edificações perpendiculares à direção original do vento.

A diminuição da velocidade do vento está relacionada à rugosidade da superfície edificada na cidade.

Contudo, em alguns casos, a configuração de vias e edifícios pode acelerar a velocidade do vento urbano -

efeito de canalização de ruas, efeito de pilotis, desvio do fluxo de ar até o solo por edifícios altos (quadro 2.1).

Quadro 2.1: Efeitos

aerodinâmicos do

vento. Fonte: Bus-

tos Romero (1988).


A turbulência criada pelas edificações e traçado viário modifica a direção dos ventos na cidade (esquema

2.10). Pequenas brisas podem, ainda, ser formadas a partir dos contrastes de temperatura entre diferentes

setores dentro da área urbana.

Esquema 2.10: Efeito da turbu-

lência e formação de sombras de

vento em diferentes posiciona-

mentos da massa edificada.

Fonte: Oke (1999 pp. 265).

A convergência de fluxos de ar, da periferia ao centro, quando o vento regional está fraco ou em calmaria,

denomina-se brisa urbana. Surge a partir do estabelecimento de um gradiente horizontal de temperatura,

e quando a ilha de calor (denominação atribuída ao maior aquecimento das cidades em relação a sua área

periférica ou rural) apresenta-se bem desenvolvida. O ar mais fresco, ao chegar à cidade, reduz temporal-

mente a intensidade da ilha de calor. Cria-se, assim, um sistema de circulação local, de modo que o ar mais

fresco procedente do campo ou da periferia dirige-se ao centro urbano, de onde ascende, para retornar ao

campo, onde, já mais frio, descende novamente. Esse fenômeno é, em geral, intermitente.

A rugosidade (Zg) é um parâmetro que expressa a morfologia geométrica da superfície (esquema 2.11), cujo

conceito significa a medida da rugosidade aerodinâmica da superfície, relacionada, à altura dos elementos,

como também, à forma e distribuição da densidade destes (OKE, 1996).


Esquema 2.11: Representação

esquemática do perfil do ven-

to em diferentes ambientes, a

partir da influência do tipo de

rugosidade.

Fonte: Oke (1996).

Assim, (1)

Onde:

h = altura média do elemento de rugosidade (m);

A* = “área de silhueta”, ou área da face do elemento, na direção perpendicular à do vento (m2);

A’= área ocupada pelo elemento (m2).

Através da tabela 3.1, podem-se observar alguns valores de rugosidade de diferentes superfícies urbanas

e a respectiva classificação destas tipologias na perspectiva do clima urbano.


Tabela 2.1 - Critérios para

um sistema de classificação

urbana.

Fonte: Katzschner (1997,

p.52)

Em uma área urbana, os elementos de rugosidade são principalmente suas edificações, o que torna a cidade

a mais rugosa das superfícies. Em face da dificuldade de sua medição para problemas práticos relacionados

ao meio ambiente urbano (OKE, T. R., 1996), sugere-se os seguintes valores típicos para rugosidade em

terrenos urbanizados, expressos na tabela 2.2:

Tabela 2.2 -

Valores típicos

da rugosidade

Zg para terrenos

urbanizados.

Fonte: Oke

(1996, p.298).


2.3.5 NebulosidadeA atmosfera urbana contém numerosas partículas ao redor das quais o vapor d’água pode condensar-se,

incrementando a turbidez, e consequentemente, afetando a visibilidade urbana.

2.3.6 PrecipitaçõesAs precipitações são o resultado de qualquer deposição em forma líquida ou sólida derivada da atmosfera.

Refere-se, portanto, às várias formas líquidas e congeladas de água, como chuva, neve, granizo, orvalho, geada

e nevoeiro. A evaporação das águas de superfície leva à formação de chuva e outras precipitações. Esta água

flui através dos córregos, rios, etc., voltando para o oceano e completando o ciclo hidrológico (esquema 2.12).

O acúmulo de poluentes na atmosfera urbana lhe dá maior densidade e, consequentemente, maior acúmulo

de energia térmica nessa atmosfera (efeito estufa). A corrente de ar quente ascendente, junto ao aumento de

poluentes, pode provocar um aumento de precipitações, que podem ser danosas (chuva ácida) à cidade, cor-

roendo a massa construída, prejudicando a vida ali existente e poluindo os cursos d’água ao serem canalizados.

Esquema 2. 12: Represen-

tação das transformações

nos processos referentes ao

ciclo hidrológico através da

urbanização: A) Meio rural.

B) Meio urbanizado.

Fonte: Houge (1998, p.40).

A condensação do vapor d’água, em forma de chuva, provém, em grande parte, de massas de ar úmido em

ascensão, esfriadas rapidamente pelo contato com massas de ar mais frias. No ambiente urbano, a maior

precipitação nas cidades em relação ao campo circundante deve-se, fundamentalmente, aos movimentos

ascendentes do ar sobre a cidade devido à ilha de calor; à turbulência resultante de obstáculos próprios do

ambiente da cidade e da nebulosidade urbana, proveniente da presença de partículas na atmosfera da cidade.

A quantidade de chuva de uma área urbana depende fundamentalmente do seu clima, mas a presença

de uma cidade pode incrementar o acúmulo natural de chuva, em comparação com uma área não urbana

próxima. Por outro lado, a evapotranspiração é baixa nas cidades, já que há menor proporção de áreas verdes

e corpos d’água. Através da tabela 2.3, pode-se identificar as principais alterações climáticas produzidas

pelas cidades.


Tabela 2.3 - Alterações climá-

ticas locais produzidas pelas

cidades.

Fonte: Arquivo pessoal.

3 A URBANIZAÇÃO E SEUS EFEITOS NO CLIMA DA

CIDADEO ambiente urbano é diferenciado pela ação antrópica sobre o meio natural, e gera o chamado “clima urba-

no”, ou situação climática típica das cidades. Os climas urbanos distinguem-se daqueles com áreas menos

construídas por diferenças de temperaturas do ar, umidade, velocidade e direção dos ventos e quantidade

de precipitação.

A atmosfera complexa da cidade gera diferenças de temperatura e, consequentemente, pressões diferencia-

das, gerando correntes ascendentes de ar e diminuição da porcentagem de umidade relativa do ar. A massa

edificada urbana também pode diminuir a duração de exposição ao sol dos espaços, com o sombreamento.

O ambiente da cidade gera modificações climáticas devido às fontes adicionais de calor, de caráter antropo-

gênico, e da composição dos materiais de sua superfície, a maioria bons condutores térmicos e com grande

capacidade calorífica. Esse fato interfere nos elementos do clima, alterando a composição de sua atmosfera.

Dentre os aspectos que caracterizam o clima urbano, podem-se citar como principais os seguintes (LOM-

BARDO, M. A., 1995):

a) o clima urbano é uma modificação substancial de um clima local;

b) o desenvolvimento urbano tende a acentuar ou eliminar as diferenças causadas pela posição do sítio.

Sobre a relação cidade - campo:

a) a cidade modifica o clima através de alterações complexas na superfície;

b) a cidade tem fontes adicionais de calor, de caráter antropogênico, além de se constituir de materiais, na

sua maioria, bons condutores térmicos e com grande capacidade calorífica;


c) a cidade aumenta a produção de calor, com consequente modificação na ventilação, umidade e preci-

pitações;

d) a cidade altera a composição da atmosfera resultando, na maioria das vezes, em condições adversas.

A forma urbana pode ser definida como o produto das relações estabelecidas pelo homem entre a morfo-

logia da massa edificada e a morfologia dos espaços exteriores de permanência e circulação; e entre essas

e a morfologia do solo / paisagem (OLGYAY, V., 1998).

A parcela armazenada no balanço energético é substancialmente modificada pela urbanização, com a

diminuição da dissipação de calor e maior armazenamento de energia térmica. Dentre os principais fatores

dessas mudanças estão: a localização da cidade dentro da região, o tamanho das cidades, a densidade da

área construída, a cobertura do solo, a altura dos edifícios, a orientação e a largura das ruas, a divisão dos

lotes, os efeitos dos parques e áreas verdes e detalhes especiais do desenho dos edifícios (GIVONI, B., 1998).

Alguns estudos apontam que características da morfologia do solo e paisagem (como a convexidade ou

concavidade do sítio) e da forma urbana, são condicionantes do clima urbano: rugosidade e porosidade,

densidade de construção, tamanho (horizontal e vertical), ocupação do solo, orientação, permeabilidade

do solo e propriedades termodinâmicas dos materiais constituintes (OLIVEIRA, P., 1987), sintetizados no

quadro 3.1., de acordo com os atributos bioclimatizantes da forma urbana:

a) Porosidade: corresponde ao espaçamento entre as edificações e/ou arranjos morfológicos, diversidade

de alturas das edificações e índice de fragmentação das áreas construídas que conferem maior ou menor

permeabilidade aos ventos do tecido urbano. A diminuição da porosidade da malha urbana (redução de

índices que definem afastamentos mínimos) entre o edifício e o limite do lote e o aumento do gabarito das

edificações (altura da edificação) reduzem a velocidade dos ventos.

b) Rugosidade: corresponde a maior ou menor fricção entre a superfície urbana e os ventos que a atraves-

sam. Deve-se, em climas quentes e úmidos, tornar a malha urbana mais porosa, aumentando as dimensões

dos recuos (mínimos e adicionais) e incentivar o uso de pilotis ou de pavimentos intermediários vazados,

propiciando uma melhor ventilação natural na malha urbana, evitando a formação de ilhas de calor. Nos

climas quentes e úmidos, as ruas devem ser largas para permitir a ventilação do tecido urbano, devem pos-

sibilitar o sombreamento por vegetação ou por elementos construídos do lado do poente, ser orientadas

procurando a sombra e oferecer aos pedestres caminhos sombreados.


c) Densidade de construção: corresponde aos aspectos relacionados a taxas de ocupação da área constru-

ída, distâncias entre edificações e alturas médias dos edifícios, além de detalhes da estrutura urbana como

tamanho e forma das edificações e posição relativa entre as mesmas. Há estreita correlação entre densidade

populacional e condições de conforto dentro de uma estrutura urbana. Givoni (1992) observa que para um

clima quente-úmido, as melhores condições de conforto são obtidas com edifícios altos e estreitos (torres),

posicionados distantes um do outro de acordo com a densidade do local. Em climas quentes e secos, por

outro lado, uma mesma altura de edificações deve ser estimulada.

d) Tamanho da cidade (horizontal e Vertical): O tamanho da cidade influi na quantidade de fontes produtoras

de calor e de poluentes, bem como as áreas com crescimento vertical intenso também estão associadas às

altas temperaturas urbanas. Os padrões de ocupação com maior densidade tendem a possuir as maiores

médias de temperatura, enquanto que os padrões de ocupação com menores taxas tendem a possuir as

menores médias.

e) Uso e ocupação do solo: influenciam na distribuição das temperaturas dentro das estruturas urbanas,

concentração/dispersão de atividades de acordo com o tempo (dias úteis / fins de semana); centralização/

descentralização de atividades (maior massa construída nos centros urbanos) e a proporção de áreas verdes.

f ) Orientação: refere-se à influência da insolação e da incidência dos ventos e/ou modificações na mor-

fologia do solo/paisagem e barreiras edificadas. Nos climas quentes e úmidos, as ruas devem ser largas

para permitir a ventilação do tecido urbano. Devem possibilitar o sombreamento por vegetação ou por

elementos construídos do lado do poente.

g) Permeabilidade do solo urbano: está relacionada com a quantidade de superfície do solo urbano

recoberto de edificações e construções (pavimentada) e a quantidade de solo nu compactado. A baixa

permeabilidade pode provocar a Redução da umidade do ar e da evaporação na área urbana, decorrente

da pouca absorção das águas pluviais pela superfície do solo; maior quantidade de calor acumulado e altas

temperaturas na estrutura urbana; além da tendência cíclica de inundações.

h) Propriedades termodinâmicas dos materiais constituintes: corresponde às propriedades físicas como

albedo, absortância à radiação solar, emissividade, inércia térmica e índices de impermeabilidade dos

materiais da massa edificada. As maiores temperaturas em áreas urbanas podem ser diagnosticadas em

locais revestidos por superfície escura e impermeável, com incidência de concreto, cimento e pavimentação

asfáltica, materiais bons condutores térmicos e com grande capacidade calorífica.


Quadro 3.1: Relação entre

os principais atributos da

forma urbana e as con-

sequências no ambiente

urbano. Fonte: adaptado

de Oliveira (1988).


3.1 Escalas de medição em clima urbano e camadas atmosféricas urbanas

O conceito de escala em estudos relacionados ao clima urbano é fundamental para realização e análise de

medições, de modo que estas se tornem ferramentas representativas do meio ambiente meteorológico, em lugar

do clima em geral, e forneça dados e suporte às necessidades de aplicação no projeto e planejamento urbano.

As considerações, relativas ao clima urbano, podem ser verificadas em várias escalas. Alguns estudos apon-

tam por ordem hierárquica de abrangência, a escala do clima regional, a escala das modificações devido

à orografia e a escala das modificações provocadas por edificações ou grupo de edificações (CHANDLER,

T.J. (ed.), 1976).

A escala regional (macro-escala) é relacionada às propriedades meteorológicas. A escala das modificações

provocadas pela orografia (meso-escala) propicia uma abordagem das diferenças climáticas causadas por

pequenas mudanças de altitudes. A escala das edificações (micro-escala) evidencia a importância das de-

cisões sobre a forma e a orientação das estruturas urbanas e suas interferências no microclima do entorno.

Dentro desse entendimento, a importância relativa das diferentes escalas climatológicas nos estágios de

decisão de planejamento dentro da arquitetura e da construção é demonstrada no quadro 3.2:

Quadro 3.2: Escalas clima-

tológicas e sua impor-

tância nos estágios de

planejamento de arquite-

tura e construção. Fonte:

Chandler (1976, p.2).

Recentemente, convencionaram-se essas três escalas de particular interesse de áreas urbanas dentro das

escalas horizontais: a micro-escala, a escala local e a meso-escala, além de três camadas verticais encon-

tradas em áreas urbanas: a camada intra-urbana, ou escala de cobertura urbana, a camada limite urbana e

a subcamada de rugosidade (OKE, T.R., 2004).

a) Micro-escala - Os microclimas urbanos são definidos pelas superfícies e objetos dos arredores mais

próximos podendo variar em distâncias muito pequenas, até mesmo em milímetros. As escalas típicas

de microclimas urbanos correspondem à influência de prédios, árvores, estradas, ruas, jardins, pátios;

estendendo-se de um até centenas de metros.


b) Escala local - Nesta escala são necessárias estações climáticas para monitoramento urbano. Incluem as

características da paisagem como a topografia, mas excluem os efeitos de micro-escala. Representa, em

áreas urbanas, o clima de arredores com características similares de desenvolvimento urbano (cobertura

de superfície, tamanho espaçamento de edificações). Variam de um a vários quilômetros.

c) Meso-escala - Consiste na escala da cidade como um todo, e normalmente tem extensão de dezenas de

quilômetros. Por esse motivo, uma única estação não pode representar esta escala.

Dentro das camadas verticais atmosféricas urbanas, é possível estabelecer uma divisão simplificada da

atmosfera urbana em duas camadas (LOMBARDO, M. A., 1995): a camada intra-urbana e a camada limite

urbana2. A primeira, de nível microclimático, abrange desde o solo até, aproximadamente, o nível das

coberturas das edificações (podendo desaparecer totalmente em grandes espaços abertos). A segunda

equivale à escala mesoclimática, situando-se imediatamente acima da camada de cobertura urbana e com

características influenciadas pela presença da cidade (esquema 3.1). Sob a influência de ventos regionais,

esta última camada pode, a sotavento, separar-se da superfície, à medida que se desenvolve uma camada

limite rural e passa a ser chamada de “pluma urbana”. Tanto a camada de cobertura urbana quanto a camada

limite urbana são regidas pelas condições sinóticas do tempo, apresentadas pela macro-escala.

Esquema 3.1 - Representação da atmos-

fera urbana em duas camadas térmicas.

Fonte: Oke (1976, p.275).

Para cada um desses níveis, os efeitos da urbanização sobre o clima podem ser notados, sobretudo quando

é considerada a distribuição térmica do ar nas cidades. A camada limite urbana é a porção onde as caracte-

rísticas climáticas estão modificadas pela presença da cidade na superfície. Estende-se, desta forma, desde

os telhados dos edifícios até um nível abaixo do qual os fenômenos locais estão geridos pela natureza da

superfície urbana.

2Tradução correspondente às expressões urban canopy layer e urban boundary layer, respectivamente. Para ASSIS (1990, p.18), a primeira pode ser chamada de “camada de cobertura urbana”.


A camada intra-urbana é a capa de ar existente por debaixo da capa limite urbana, estendendo-se desde a

superfície até ao nível que marca a altura dos telhados dos edifícios. Engloba, pois, todos aqueles setores

entre os edifícios da cidade e que apresentam toda uma gama de microclimas inferidas pelos arredores

mais imediatos.

Enquanto a camada limite urbana é um fenômeno de escala local a de mesoescala, a camada de cobertura

urbana é governada por processos de microescala, presentes na camada intra-urbana das ruas, que formam

os “canyons” entre as edificações3. A pluma urbana, por sua vez, é resultado do isolamento da camada mais

quente urbana, mais acima da camada estável rural.

Essas duas camadas de influência - camada intra-urbana e camada limite urbana - tem extensões variadas

no tempo e no espaço e aumentam e diminuem em estilo rítmico, de acordo com o ciclo solar diário.

Assim, em uma “situação ideal”, durante o dia, quando há transferência de calor para cima na direção da

atmosfera mais fria, a altura da camada limite pode se estender para 1 km a 2 km. À noite, por outro lado, há

uma transferência de calor para baixo, já que a superfície da terra esfria mais rapidamente que a atmosfera.

A camada limite, consequentemente, pode reduzir-se a menos de 100 m4.

Na camada intra-urbana ocorrem as trocas de energia que afetam diretamente os moradores da cidade.

Essas trocas dependem, em grande parte, da natureza da superfície e da forma das diversas estruturas

urbanas (GIVONI, B., 1989).

3.2 O canyon urbano

Partindo-se de uma maneira simplificada de tratar a forma urbana e com objetivos relacionados à modelação

climática, são comumente encontrados os termos “urban canyon” ou “street canyon”. Estes se referem a uma

unidade geométrica, de natureza tridimensional, correspondendo a um perfil de via urbana de forma retangular,

orientado sob um determinado ângulo, em relação ao eixo norte-sul. É composto por duas superfícies verticais

de altura H e por uma superfície horizontal W, geralmente representativas das fachadas das edificações e da

via de circulação urbana, respectivamente. Como suas dimensões absolutas não são, normalmente, relevantes,

é comum considerar esta unidade como sendo adimensional e caracterizá-la pela razão entre a altura média

e a largura do perfil, chamada de relação H/W (esquema 3.2). Sua extensão, também por simplificação, pode

ser considerada infinita.3 OKE (1996) sugere as seguintes escalas e seus limites, baseado em esquemas de classificação de distâncias horizontais: microescala: 10-2 a 103 m; escala local: 102 a 5 x 104 m e mesoescala: 104 a 2 x 105 m; macroescala: 105 a 108 m.4 OKE (1996) resume os limites da camada limite em ~ 1 km (distância vertical) e ~50 km (distância horizontal), para o período de aproximadamente 1 dia.


Esquema 3.2: Representação da variação

da unidade geométrica - urban canyon ou

street canyon.

Fonte: adaptado de Oke (1988, p.108).

O canyon urbano (esquema 3.3) consiste na principal unidade da camada intra-urbana, e refere-se ao volu-

me de ar delimitado pelas paredes e o solo entre dois edifícios adjacentes, e as inter-reflexões produzidas

nas superfícies que o compõe, resultando em microclimas particulares dentro do macroclima da cidade.

No balanço energético do canyon urbano é importante a determinação de fatores como a orientação, a

relação entre largura das vias e altura das edificações e os materiais de construção utilizados.

Esquema 3.3: Corte esque-

mático de um canyon urbano

com o volume de ar contido.

Fonte: adaptado de Oke

(1988).

Alguns estudos, por exemplo, demonstraram, através desta unidade, a interferência das edificações no

fluxo de ar, diminuindo a transferência de calor sensível por turbulência (OKE, T. R., 1988). Seus resultados

indicam os limites para os quais ocorre mudança do tipo de fluxo de ar, podendo ser extraídas as seguintes

informações:

1. As edificações interferem no fluxo de ar, criando um campo de turbulência ao seu redor. Quanto mais

afastadas umas das outras, portanto menores H/W, mais isolado se torna o campo de turbulência, não

chegando a causar o impacto de uma edificação no fluxo de ar que atinge a outra;


2. No caso de edificações mais próximas entre si, os campos de turbulência se interagem;

3. À medida que o espaçamento entre edificações diminui, o fluxo de ar tende a não penetrar entre elas,

formando um campo isolado, que sofre pequeno movimento, provocado pelo atrito com as camadas su-

periores, causando assim uma diminuição na perda de calor por turbulência.

Da mesma forma, considerando-se a relação H/W, pode ser verificado o acesso solar de vias e a capacidade

de absorção solar devido à geometria urbana. O aumento de cerca de 13% a 27% de absorção ocorre para

H/W entre 0,5 e 2,0, comparados a um albedo de 0,40 para uma superfície plana (OKE, T. R., 1988). O albedo

é mais pronunciado em épocas de sol mais baixo (inverno), aumentando com o H/W, sendo maior para

orientações leste-oeste do que para norte-sul. Por outro lado, pode-se destacar que o albedo é apenas

fracamente dependente da latitude (ARNFIELD, A.J., 1990) (Tabela 3.1). O aumento de H/W provoca o sur-

gimento de superfícies refletoras no entorno, causando um aumento de absorção.

Tabela 3.1 - Albedo

no topo da camada de

cobertura urbana em

função de H/W, estação

do ano e latitude.

Fonte: Arnfield (1990,

p.128).

Aliados a gráficos solares, estes perfis urbanos servem ainda como instrumento para análise do desenho

urbano em relação à largura de ruas e à altura de edificações, em função do acesso solar ou da promoção de

sombreamento. Destaca-se ainda que para cidades tropicais é desejável a minimização da radiação solar no

ambiente urbano e o acesso solar pode ser diminuído pelo aumento da relação H/W (ARNFIELD, A.J., 1990).

Outra unidade, sob o ponto de vista climatológico, que pode ser considerada no estudo da forma urbana,

tem como um dos elementos que a compõem, a abóbada celeste.

Como o céu apresenta, normalmente, temperaturas mais baixas do que a superfície terrestre, funciona como

um elemento primordial no balanço de energia, pois recebe as radiações de ondas longas emitidas pelo

solo terrestre, que consequentemente perde calor, diminuindo a sua temperatura. Por isso a capacidade

de resfriamento das superfícies urbanas está relacionada à obstrução do seu horizonte, evidenciando a

importância da forma geométrica de uma superfície e de um conjunto de superfícies.


No ambiente urbano ocorre uma relação geométrica entre as superfícies, a qual influi na troca de calor

por radiação entre elas e na troca de calor dessas com o céu. Essa relação é um parâmetro adimensional

chamado de fator de visão.

Quando as condições morfológicas observadas, a partir de um determinado ponto da superfície, causam

obstrução do céu, a troca de calor ocorre entre as superfícies, acarretando um acúmulo de calor no entor-

no urbano. Por outro lado, quanto maior a capacidade de visão de uma superfície para o céu, maior a sua

capacidade de resfriamento.

Assim sendo, a área de céu visível a partir de um ponto na superfície terrestre deve ser considerada nas

análises climáticas da forma urbana. Alguns estudiosos (BÄRRING, et. al. 1985), (JOHNSON, WATSON, 1987),

(OKE, 1981), (STEYN, 1980), (SOUZA, MENDES, 2003) expressam essa unidade pelo FVC (fator de visão do

céu). Trata-se de um fator que indica uma relação geométrica entre a Terra e o céu e que representa uma

estimativa da área visível de céu. Algumas vezes, em função do interesse da pesquisa, esta unidade é re-

lacionada com o fluxo de radiação, através de expressões trigonométricas, sendo definida como a razão

entre a radiação do céu recebida por uma superfície plana e aquela recebida de todo o ambiente radiante.

Assim, a área de céu toma uma configuração resultante de limites impostos pelas edificações, associada

à sua própria forma, aparentemente arredondada para os olhos do observador na Terra. Na inclusão desta

forma arredondada aparente do céu como elemento da unidade geométrica, sua representação é tida

como uma superfície hemisférica imaginária (Esquema 3.4).

Esquema 3.4 - Representação, em

corte, da abóbada celeste.

Fonte: Arquivo pessoal (2005).


Em termos geométricos, qualquer edificação, elemento ou equipamento urbano pertencente ao plano do

observador representa uma obstrução à abóbada celeste. A projeção dessa edificação na abóbada celeste

é a fração do céu por ela obstruída para o observador; representando, ainda, a parcela da radiação que não

atinge o observador. Seu valor numérico é sempre menor que a unidade, pois dificilmente se encontram

regiões urbanas, que não apresentem nenhuma obstrução do horizonte (situação para a qual seu valor

seria igual à unidade).

Utilizando-se o método de projeção estereográfica, os pontos, que correspondem à obstrução na abóbada

celeste, podem ser projetados em um plano horizontal e assim representada, a área de céu visível para o

ponto de observação em questão (esquema 3.5).

Esquema 3.5 - Projeção estereo-

gráfica da área de céu obstruída.


O fator de visão do céu é um recurso, que permite estabelecer uma série de relações, que podem servir de

instrumento para o planejamento urbano.

Medindo o fluxo de radiação em vários pontos de uma única via em relação a diversos fatores de visão do

céu, em Vancouver, pode-se observar que a relação entre eles é aproximadamente linear (OKE, T. R., 1981). À

medida que a área de visão do céu diminui, o fluxo de radiação perdido pelo entorno decresce. Confirma-se

esta tendência através da utilização de um modelo de simulação para a camada de cobertura urbana, que

considera condições noturnas e calmas, sem interferências do calor antropogênico ou sazonal da cidade

no balanço de energia.


A estimativa do fator de visão do céu pode ser feita por processos analíticos (matemáticos), por fotografia,

por processamento de imagens, por diagramas ou por gráficos. Tanto pelo processo analítico como pelo

uso de diagramas e gráficos, é necessária uma base de dados angulares relativos às edificações existentes

no entorno urbano, sendo este, um dos problemas mais constantes neste tipo de pesquisa. No caso de

fotografias e processamento de imagens, são necessários equipamentos sofisticados, devendo-se contar

com uma câmera, com possibilidade de nela ser acoplada uma lente tipo “olho de peixe” (fotografia 3.1).

Além disso, no caso do processamento de imagem, são necessários recursos computacionais apropriados.

Fotografia 3.1- Fotografia com

lente tipo “olho de peixe”. Fonte:

Steyn (1980, p.256).

Para simplificar a determinação do FVC, alguns estudiosos desenvolveram um algoritmo de cálculo inte-

grado a um sistema de informações geográficas, capaz de gerar valores de fator de visão do céu, a partir de

arquivos vetoriais (polígonos) representativos das edificações da malha urbana (SOUZA, L. C. L.; RODRIGUES,

D. S.; MENDES, J. F. G., 2003). Este algoritmo permite obter novas coordenadas cartesianas para pontos que

representem os vértices das arestas das edificações ou elementos urbanos que compõem a cena. Assim, a

área total da malha estereográfica pode ser comparada à área obstruída pelos elementos urbanos e con-

sequentemente extraído o FVC, além de criadas representações da projeção estereográfica das edificações

que compõem o canyon. (esquema 3.6)


Esquema 3.6 - Projeção estereográfica de um canyon gera-

da no programa 3DSkyView.


3.3 O balanço de energia urbano

O estudo dos processos de fluxos de energia, umidade e massa em ambientes urbanos permite uma melhor

caracterização da superfície atmosférica afetada pela urbanização. O balanço de energia de uma superfície

urbana permite um melhor conhecimento do clima urbano e é representado satisfatoriamente por fluxos de

energia através do volume solo - construções - ar, até uma altura onde as trocas verticais de calor são despre-

zíveis para o período de interesse (KALANDA, PITTLEHOUSE, 1980).

O balanço de energia da superfície constitui o seccionamento da energia radiante absorvida na superfície

da terra em fluxos de calor que controlam o clima da superfície, que dependem de diversos fatores como

umidade; propriedades térmicas e perfis da temperatura da superfície, da atmosfera e do solo; velocidade

do vento; rugosidade da superfície; estabilidade atmosférica; entre outros.

A maioria dos modelos matemáticos desenvolvidos, salvo algumas simplificações, considera os seguintes

componentes na equação do balanço de energia ao topo da camada intra-urbana, mostrado esquemati-

camente no esquema 3.7:


Esquema 3.7 - Fluxos envolvidos no

balanço de energia de um volume

urbano construção-ar.

Fonte: Oke (1996, p.275).

Q* + QF = ∆QS + ∆QA + QH + QE

onde:

Q* = fluxo de radiação líquida, em função do albedo5, energia solar difusa e direta, radiação infravermelha

emitida pelo topo da camada intra-urbana e densidade de fluxo infravermelho da atmosfera;

QF = fluxo de calor antropogênico (combustão, condicionamento do ar etc.);

∆QS = densidade de fluxo de armazenamento de energia na camada intra-urbana e solo;

∆QA = advecção6 líquida;

QH = fluxo de calor turbulento sensível;

QE = fluxo de calor turbulento latente.

O balanço de energia é resultado do intercâmbio de radiações entre a Terra, o Sol e o ar, de forma que, numa

definição simplificada, representa a diferença entre as radiações recebidas pela superfície terrestre e aquela

devolvida ao espaço, após as interações térmicas entre as superfícies e o ar. No entanto, a complexidade

dessas inter-relações é muito grande, principalmente quando considerada a ação humana.

5 Significa a razão entre a quantidade de radiação solar refletida por um corpo e a quantidade incidente sobre ele (OKE, 1996, p.400).6 A advecção descreve, predominantemente, o movimento horizontal na atmosfera (OKE, 1996, p.400).


Há pesquisas que alcançaram a formulação do balanço de energia completo (OKE, T.R., 1996). Outras

formulações simplificadas ignoram a advecção ou a presença de qualquer fonte antropogênica de calor.

O termo fluxo de armazenamento de energia inclui trocas de calor turbulento no ar, edificações, vegeta-

ção e solo, desde o nível médio dos telhados até uma profundidade no solo onde as trocas de calor são

consideradas desprezíveis para os objetivos de um determinado estudo (OKE, T.R.; CLEUGH, H.A., 1987).

Constitui-se, portanto, em um termo importante na formação da ilha de calor urbana.

As mudanças de armazenamento de energia em sistemas urbanos são maiores que em sistemas naturais,

já que os materiais de construção em geral tem propriedades térmicas que os fazem bons condutores e/

ou armazenadores (OKE, T.R.; CLEUGH, H.A., 1987).

No ambiente urbano, a obtenção do fluxo de calor do solo torna-se mais difícil, já que a superfície urbana

é multifacetada e extremamente complexa. De qualquer forma, se todos os outros termos da equação são

independentemente avaliados, o armazenamento pode ser obtido através de parametrizações, em função

de Q* (OKE, CLEUGH, 1987). Pode, ainda, ser encontrado como resíduo da equação, em função de Q*, QH e

QE, e desprezando-se os termos relativos ao calor antropogênico e advecção (DUFNER, et. al., 1993).

Os efeitos típicos das áreas urbanas em cada um dos termos da equação de balanço de energia (como o

aumento do calor sensível devido à geometria urbana e materiais; redução do calor latente, pela diminuição

da disponibilidade de umidade etc.), bem como a influência urbana típica nos componentes individuais

da radiação líquida (como o aumento da radiação de ondas longas, devido ao aumento da temperatura do

ar urbano e aumento da emissão de ondas longas, pela poluição etc.) são sintetizados, respectivamente,

nos quadros 3.3 e 3.4.


Quadro 3.3 - Influência típica

urbana no balanço de energia.

Fonte: Dufner et al. (1993,

p.433)

Quadro 3.4 - Influência

típica urbana na radiação

líquida.

Fonte: Dufner et al. (1993,

p.434)


O balanço hídrico urbano de um volume edificado - ar pode ser expresso pela seguinte equação:

P + F + I = E + ∆r + ∆S + ∆A

Onde:

P = precipitação;

F = a água liberada para a atmosfera por combustão;

I = a entrada de água por tubulações procedente, por exemplo, de rios;

E = evapotranspiração;

∆r = variação de “runoff”;

∆S = variação armazenada de água no solo, nos edifícios e o ar contido no volume;

∆A = a transferência líquida de água em gotas ou em vapor, através das superfícies do volume.

Comparando-se este balanço hídrico com o que se apresenta em um volume rural (supondo-se ∆A =0),

as diferenças são bem claras. A cidade possui dois componentes novos, o F e o I, que contribuem para

aumentar a entrada de água no sistema urbano.

4 ILHA DE CALOR URBANADe todas as modificações climáticas produzidas pela cidade, a mais evidente e estudada consiste no fenô-

meno chamado de “ilha de calor”. É um fenômeno próprio das cidades, resultante do processo de urbanização

e características peculiares ao meio urbano. Este fenômeno ocorre especialmente à noite, quando as cidades

apresentam temperaturas maiores que o meio rural ou menos urbanizado, que a rodeia (esquema 4.1). O lo-

cal de seu maior desenvolvimento coincide, com frequência, com o centro das cidades, onde as construções

formam um conjunto mais densificado.

Esquema 4.1: Representação do perfil típico de

ilha de calor urbana.

Fonte: Santamouris (2001, p.49).

As causas que contribuem para a formação da ilha de calor estão relacionadas às mudanças no balanço

energético da superfície devido à urbanização. Sabe-se que, devido à sua natureza física particular, os

centros urbanos podem ter temperaturas maiores que as áreas adjacentes, especialmente durante a noite

e de maneira proporcional ao tamanho da cidade (OKE, T. R. 1973).

Na verdade, desde o trabalho pioneiro de Howard7 para a cidade de Londres em 1833, muito se tem estu-

dado sobre o clima urbano. A maioria dessas inumeráveis investigações tem como objetivo a comprovação

do já bem conhecido e documentado fenômeno da “ilha de calor urbana”, um exemplo de modificação

da atmosfera devido à urbanização (OKE, T. R. 1973). Pode-se definir esse fenômeno como um reflexo da

totalidade das mudanças microclimáticas trazidas pelas alterações humanas na superfície urbana (LAN-

DSBERG, H.E., 1981).

7 Foram analisadas observações meteorológicas entre 1797 e 1831, e identificaram-se maiores temperaturas no centro da cidade.


O fenômeno da ilha de calor da camada intra-urbana (“Urban Canopy Layer - UCL”) pode resultar dos se-

guintes fatores (HOWARD, L., 1833):

1. fontes de calor antropogênico;

2. propriedades térmicas dos materiais de construção, que ocasionam maior armazenamento de energia

durante o dia e liberação do calor absorvido à noite;

3. aumento de absorção de radiação de ondas curtas devido à geometria urbana;

4. diminuição das perdas de calor sensível face à redução da velocidade do vento na malha urbana;

5. redução da evaporação pela impermeabilização das superfícies e diminuição de vegetação;

6. aumento da reemissão de radiação de ondas longas pelas construções, consequente do aumento de

absorção da radiação por poluentes da atmosfera;

7. redução da perda de radiação de ondas pela diminuição do fator de visão do céu.

Os contrastes entre as temperaturas urbanas - rurais são maiores em condições de céu claro e ar calmo, e

mais evidente ao cair da tarde e após o pôr do sol (diferença máxima de temperatura, de duas a três horas

depois) (LANDSBERG, H.E., 1981).

Durante o dia, as ilhas de calor são menos intensas. Na verdade, as “ilhas frias”, ou temperaturas urbanas

menores que as rurais, nesse período, podem ocorrer devido ao efeito térmico de atraso (retardamento)

de áreas como os centros urbanos com alta capacidade térmica dos materiais, e devido ao sombreamento,

por edifícios altos, de ruas, jardins e pátios (OKE, T.R., 1996).

Ainda sobre as anomalias entre temperatura urbana e rural, sabe-se que o desenvolvimento noturno da

ilha de calor em cidades de latitudes médias, sob condições de céu claro e ar calmo, no verão, é atribuído à

diminuição da perda de radiação de ondas longas (devido à geometria urbana) e aumento do armazena-

mento de calor (devido a diferenças das características térmicas da superfície) em comparação ao ambiente

rural (CHANDLER, 1976).


4.1 Desenvolvimento do fenômeno

Alguns estudos definem o fenômeno da ilha de calor, ao mesmo tempo, como resultado final e como

causa de distorções climáticas, sendo ela própria passível de ser considerada uma forma de poluição térmica

(TITARELLI, A. H. V., 1982).

Outros autores destacam que as principais causas da ilha de calor são (GIVONI, B., 1989):

a) diferença no balanço total de radiação entre a área urbana e a rural, em particular a baixa taxa de resfria-

mento durante a noite;

b) armazenamento de energia solar nas edificações durante o dia e desprendida durante a noite;

c) produção concentrada de calor pelas atividades de transporte, indústria etc.;

d) baixa evaporação do solo e da vegetação em áreas densas;

e) fontes sazonais de calor (aquecimento e resfriamento do ar com consequente desprendimento de calor

para o ar urbano).

Esses aspectos podem ser complementados pelo Quadro 4.1, em que se destacam algumas das razões

usualmente apresentadas para a formação da ilha de calor.

Quadro 4.1 - Aspectos

da urbanização que

mudam o ambien-

te físico e levam a

alterações na troca de

energia e condições

térmicas, em compara-

ção à periferia.

Fonte: adaptado de

Oke (1981, p.238).


Alguns estudos apontam que: dentre os vários fatores que geram a ilha de calor, o mais importante parece

ser a mudança no balanço de energia, afetando vários componentes (LANDSBERG, 1974). A troca do albe-

do causada pela mudança de superfícies naturais para materiais construtivos não é tão grande, porém a

mudança na condutividade, na capacidade calorífica e na área superficial é marcante, de maneira que os

materiais armazenam mais energia que o solo natural, agindo como reservatórios de radiação.

Alguns desses fatores podem ser observados facilmente por instrumentos de medição, outros são mais

teóricos e de difícil determinação na prática, muitas vezes pelas características das próprias superfícies.

Assim, a ilha de calor configura-se como um fenômeno decorrente do balanço de energia no espaço urbano,

que se caracteriza através do acúmulo de calor nas superfícies e consequente elevação da temperatura do ar.

A radiação solar é o componente de valor mais elevado no balanço de energia. As superfícies ganham calor

por radiação solar durante o dia e perdem por ondas longas, num processo contínuo, dia e noite. Parte desta

radiação é refletida, conforme seu albedo, e outra são absorvidos. Da radiação absorvida pela superfície,

parte da energia é usada como calor latente na evaporação da água nela contida, reduzindo a elevação da

sua temperatura, e outra parte é conduzida às suas camadas mais internas. Em áreas urbanas, a presença

de superfícies impermeáveis acelera o escoamento da água que estaria disponível para evaporação, e a

radiação solar absorvida é rapidamente convertida em calor, elevando sua temperatura e, consequente-

mente, a de seu entorno.

Pesquisas já comprovaram que cerca de 60% do excedente de radiação é perdido como calor sensível

para o ar e 30% é armazenado nos materiais, que compõem a camada de cobertura urbana, sendo 10%

consumido na evaporação. Conclui-se, portanto, que o balanço de energia das paredes e solo é fortemente

condicionado pela influência da configuração geométrica do espaço entre edificações e da orientação nas

trocas de calor por radiação (NUNEZ, M., OKE, T. R., 1977).

As edificações interferem na quantidade de radiação solar que atinge as superfícies da estrutura urbana,

pois grande parte desta radiação é por elas bloqueada. Quanto mais altas e mais compactas são as edifica-

ções, menor o acesso do entorno à radiação solar (esquema 4.2). Além disso, pode haver uma redução do

acesso solar provocada pela emissão de poluentes em áreas urbanas (PETERSON, J. T., STOFFEL, T. L., 1980).


Através de medições na cidade de St. Louis (Missouri - EUA), estudos revelaram que a radiação solar, no

centro metropolitano, sofreu uma redução média anual de 3% em relação a áreas periféricas, variando esta

porcentagem para 2% no verão e 4,5% no inverno (a mais alta redução no inverno foi atribuída ao maior

percurso dos raios solares através da atmosfera, nesta época).

Esquema 4.2 - Acesso solar de

áreas urbanas conforme o perfil

das vias.

Fonte: o autor (2005).

Por outro lado, as edificações funcionam como um espaço de armazenamento de radiação de ondas cur-

tas, aumentando a energia solar absorvida, devido às múltiplas reflexões sofridas pelos raios solares, ao

encontrarem as superfícies das edificações. Além disso, as edificações também constituem um obstáculo

ao resfriamento urbano, uma vez que dificultam a perda de radiação de ondas longas para o espaço.

O calor perdido por ondas longas determina o resfriamento das superfícies e do ar adjacente. A perda de

radiação de ondas longas é maior, quanto maior for à área de céu visível para propiciar a troca de calor entre

a superfície e o espaço. Deste modo, quanto mais compacta a massa edificada mais difícil seu resfriamento.

Acentuando este quadro, as indústrias, os transportes e os equipamentos de condicionamento do ar são

fontes de calor que influem nas condições térmicas de uma cidade, dependendo da intensidade com que

estas atividades são desenvolvidas.

4.2 Intensidade e variabilidade da ilha de calor

Em sua configuração espacial, a ilha de calor não é uma estrutura única, mas sim um conjunto de microclimas

dinâmico, podendo ter vários núcleos. Uma pesquisa fundamentada na análise da estrutura espacial da ilha

de calor sobre a cidade de Green Bay (Wisconsin- EUA), através de imagens de satélite, obteve a distribuição

térmica apresentada no Mapa 4.18. Nela, podem ser observados os poli-núcleos térmicos encontrados (SOUZA,

L. C. L., 1996).

8 Mapa obtido a partir da classificação da imagem de julho de 1984 do satélite LANDSAT-5, banda 6 (térmica), pertencente aos arquivos do Laboratório de Sensoriamento Remoto da University of Wisconsin - Madison (EUA).


A forma e intensidade do fenômeno da ilha de calor dependem do regime climático, estações do ano e ca-

racterísticas da cidade, podendo apresentar, consequentemente, uma variabilidade periódica ou aperiódica.

Mapa 4.1 - Configuração espacial de uma ilha de

calor.

Fonte: Souza (1993, p.230).

Os diversos estudos existentes apontam que o seu maior desenvolvimento se dá em noites claras e calmas,

de 2 a 5 horas após o pôr-do-sol, quando o resfriamento das áreas periféricas e rurais é maior do que aquele

ocorrido em áreas urbanas. Para condições de céu nublado e chuva, no período diurno, a ilha é mais fraca.

Após atingir o seu máximo, a intensidade da ilha decai, sendo eliminada quando ocorre a temperatura

máxima, no dia seguinte.

Um estudo realizado na metrópole paulistana (LOMBARDO, M. A., 1985) mostrou a dinâmica espacial e

temporal da ilha de calor e comprovou que “em dias de céu claro, com calmaria e subsidência, a ilha de calor

alcança sua maior expressão em área e no gradiente de temperatura; em contrapartida, em dias chuvosos,

com instabilidade, há uma concentração em área e a intensidade de variação da temperatura diminui”.

Esta pesquisa enfatiza que a maior expressão da ilha foi registrada no inverno (com início às 15h), e seu

declínio ocorreu no verão, diminuindo sua intensidade. Outra variação temporal e espacial apontada foi a

interferência antropogênica gerada pela intensa atividade urbana. Desta forma, diminuem-se as anomalias

climáticas no fim de semana, incluindo os efeitos de ilha de calor, poluição e precipitação.

Para as condições de calmaria, o maior aquecimento do ar sobre a cidade, em relação ao seu entorno peri-

férico, cria zonas com diferentes pressões que formam uma circulação térmica do ar, com sentido de fluxo

da área rural para a cidade, pois sobre a cidade se desenvolve uma região de baixa pressão. Esta corrente

tem penetração na cidade conforme o tamanho, configuração e densidades urbanas. Quanto mais rugosa e

com menor permeabilidade ao ar se apresenta a estrutura urbana, menor é a capacidade de penetração da

mesma. Por outro lado, a circulação estabelecida pode impedir a estagnação do ar e limitar o crescimento

da ilha (OKE, T.R., 1973).


Uma pesquisa realizada na década de 90 investigou a importância da circulação do ar, induzida pela ilha

de calor, para a cidade de Bochum, na região industrial de Ruhr, na Alemanha, e concluiu que este tipo

de corrente é um elemento essencial para o planejamento urbano, pois sua ocorrência está relacionada à

própria estrutura da cidade (BARLAG, A.; W. KUTTLER, 1990). Salientou-se, ainda, a necessidade das cidades

serem planejadas de forma a permitirem maior eficiência dessas brisas.

Evidencia-se, assim, uma inter-relação entre a mesoescala e a microescala climáticas (KERSCHGENS, M.J.;

KRAUS, H., 1990). Por isso, alguns pesquisadores da área concentram os estudos na análise do armazena-

mento de calor na escala local e sua interação com as correntes advectivas na mesoescala, mostrando a

influência da estrutura urbana neste processo.

Determinada pesquisa baseada no desenvolvimento de um modelo de simulação para o balanço de energia

(MILLS, G.M.; ARNFIELD, J.A., 1993) mostrou que, à medida que as ruas se estreitam, estas se tornam mais

isoladas em termos de troca de calor com a atmosfera (gráfico 4.1), ou seja, apresentam menor possibilidade

de renovação do ar no espaço entre edificações proveniente da dificuldade de penetração de correntes.

A velocidade do ar e turbulência no espaço da estrutura urbana diminuem, reduzindo a perda de calor

sensível e de calor latente.

Gráfico 4.1 - Efeitos do perfil urbano

sobre o fluxo de radiação nas paredes

oeste (a), leste (b), chão (c) e topo (d).

As razões 1:2, 1:1, 2:1 e 3:1 repre-

sentam as proporções entre altura e

largura da via.

Fonte: Mills (1993, p.167)


O movimento do ar é um fator relevante na formação da ilha de calor, pois, dependendo da sua velocidade,

pode superar o fluxo de radiação, eliminando-a.

Alguns estudos permitiram estabelecer uma relação entre a velocidade do vento e o tamanho das cidades

(OKE, T.R.; HANNELL; F.G., 1970), sugerindo a seguinte equação para a determinação da velocidade limite

que impede a formação da ilha de calor:

(coeficiente correlação 0,97 e coeficiente determinação 0,94)

onde:

Ucrít = velocidade limite do ar (m/s)

P = número de habitantes.

Os mesmos alertam para a necessidade de aprimoramento da equação, pois para uma velocidade limite

Ucrít = 0, o número mínimo de habitantes para a formação de ilha seria cerca de 2000. No entanto, outros

pesquisadores (OKE, 1973) constataram ilhas de pequenas intensidades (de 0,2 a 1,8oC) mesmo com assen-

tamentos de apenas 1100 habitantes, o que revela a dificuldade em se estabelecer uma estimativa para o

limite mínimo da equação.

Para relacionar o tamanho da cidade com a intensidade da ilha de calor, propõe-se uma equação (OKE, T.R.,

1973), que foi mais tarde ajustada (OKE, T.R., 1976), resultando na seguinte expressão:

(coeficiente determinação 0,97 e desvio padrão ± 0,6ºC)

onde:

∆Tu-r(máx.) = diferença entre a temperatura máxima urbana e a rural (oC)

P = número de habitantes

A máxima intensidade de ilha de calor é, ainda, relacionada à geometria dos canyons urbanas.

A geometria das canyons, neste caso, pode ser determinada pela relação entre a altura das edificações da

camada intra-urbana considerada (H) e a sua largura (W), distância entre as edificações, conforme já men-

cionado anteriormente, podendo a intensidade da ilha de calor ser descrita por:

∆T (u-r)máx = 7,54 + 3,97 In (H/W)


Outra forma de descrever a intensidade da ilha, considerando a forma dos canyons urbanos é através do

fator de visão do céu. Este fator, também já mencionado anteriormente, indica a área de céu visível a partir

de um determinado ponto dentro da camada intra-urbana. Quando a intensidade da ilha é dada em função

desta unidade, a seguinte equação a descreve:

∆T (u-r)máx =15,27 - 13,88 ψsky

Onde:

ψsky = fator de visão de céu

De uma maneira geral, a intensidade da ilha aumenta com a população urbana. No entanto, há que se

chamar a atenção que outras pesquisas (PARK, 1986) fundamentadas na análise de dados para cidades

coreanas, constataram uma intensidade menor do que a observada em cidades americanas e européias,

apesar delas apresentarem praticamente o mesmo número de habitantes. Para as cidades coreanas com

população abaixo de 300.000 habitantes o aumento apresentou-se suave e gradual, crescendo, rapida-

mente, para cidades com população acima deste número, enquanto para cidades americanas e européias

a relação encontrada é mais linear.

Alguns dados disponíveis para os trópicos revelam que a intensidade da ilha é menor do que aquela sugerida

pelo tamanho da população, em muitos casos causada pela grande influência topográfica (LANDSBERG,

H.E., 1981). Como a situação topográfica pode impor às cidades condições de ventilação específicas, a

topografia é um determinante da forma e direcionamento do fenômeno.

Pesquisas sobre microclimas de algumas cidades tropicais na Índia (PADMANABHAMURTY, B., 1991) afirmam

haver uma tendência de redução da intensidade da ilha de calor, à medida que a cidade está mais próxima

do equador (Tabela 4.1). Relacionando a temperatura e a densidade populacional para uma dessas cida-

des, observa-se que, diferentemente dos complexos urbanos de latitudes médias, em cidades tropicais, a

temperatura aumenta apenas suavemente com a população (gráfico 4.2).


Tabela 4.1 - Intensidades de

ilhas de calor em algumas

cidades indianas.

Fonte: Padmanabhamurty

(1990/91).

Gráfico 4.2 - Variação da temperatura

em função da densidade populacio-

nal em Visakhapatnam.

Fonte: Padmanabhamurty (1990/91,

p.86).

De uma maneira geral, quanto maior a estrutura urbana, maior a produção e armazenamento de calor na

cidade e, portanto, maiores as possibilidades de formação da ilha de calor.

A densidade construtiva e a ocupação do solo também parecem apresentar estreita relação com a intensi-

dade da ilha de calor. Na pesquisa realizada na metrópole paulistana (LOMBARDO, M. A., 1985) os maiores

gradientes de temperatura foram registrados em bairros industriais, no centro da cidade e em bairros com

alto coeficiente de ocupação dos lotes. Já as menores intensidades concentraram-se em áreas com índices

elevados de vegetação arbórea.

Te m p e r a t u r a ° C

D e n s i d a d e P o p u l a c i o n a l ( p e s s o a s / a c r e )


Constatou-se também comportamento semelhante para a cidade de Green Bay - Wisconsin (EUA), ao

identificar suas densidades construtivas (Mapa 4.2)9 e compará-las aos fluxos de calor estimados (SOUZA,

L. C. L., 1996).

Mapa 4.2 - Densidades construtivas para a

cidade de Green Bay.

Fonte: Souza (1993, p.231).

Em relação à variabilidade da ilha de calor, cabe ressaltar ainda que sua estrutura vertical, quando estudada

em cidades no Japão (SEKIGUTI, 1974), aponta o registro de uma variação de 3 a 5 vezes a altura média das

edificações na área urbana. Enquanto em Tóquio, com edificações altas, o alcance vertical médio da ilha

pode ser de cerca de 100 a 150 m acima do solo, em cidades de porte médio, no mesmo país, ela só atinge

de 30 a 40 m de altura.

Uma comparação entre o gradiente térmico vertical da área urbana e da área rural (gráfico 4.3) mostra a

formação de uma inversão térmica. Acima da área urbana, o ar tende a apresentar uma temperatura cons-

tante, sendo mais alta do que a da rural nas camadas mais próximas ao solo. Para as camadas mais altas, o

ar acima da área rural alcança temperaturas mais elevadas do que a da área urbana.

9 Figura obtida a partir da classificação da imagem de julho de 1984 do satélite LANDSAT-5, bandas 3, 4 e 5, pertencentes aos arquivos do Laboratório de Sensoriamento Remoto da University of Wisconsin - Madison (EUA).


Gráfico 4.3 - Comparação entre a estrutura térmi-

ca vertical de áreas urbanas e rurais, no período

noturno.

Fonte: Landsberg (1981, p. 109).

Estas noções básicas permitem identificar os principais aspectos relativos à formação da ilha de calor. Há,

no entanto, a necessidade de maior aprofundamento em fatores específicos da estrutura urbana, como o

da geometria.

Diversos outros aspectos referentes à ilha de calor podem ser destacados e pesquisados, principalmente

em relação a climas urbanos brasileiros, pois são relativamente poucas as pesquisas voltadas para esta área.

Cabe aqui ressaltar como importante trabalho de referência aquele desenvolvido por Monteiro (1986), que

destaca estudos relevantes realizados por diversos autores para várias cidades brasileiras no período de

1975 a 1984.

4.3 As consequências do fenômeno

As altas temperaturas urbanas têm, certamente, uma grande influência no consumo de energia elétrica

para condicionamento das edificações. No verão, as altas temperaturas urbanas aumentam a demanda para

resfriamento, enquanto reduzem, no período de inverno, a carga para aquecimento de edificações (SANTA-

MOURIS et al., 2001).

O padrão de ventilação e as temperaturas em “canyons” urbanos afetam o potencial de aproveitamento de

estratégias de resfriamento passivas como a ventilação natural, aumentando a necessidade de condiciona-

mento do ar. A qualidade ambiental das edificações depende fundamentalmente da qualidade ambiental

urbana, portanto, esse aspecto deve ser considerado nos estudos consolidados relacionados a conforto e

desempenho de ambientes.


No Brasil e no mundo, a redução do consumo de energia elétrica vem sendo uma preocupação crescente.

As fontes de energia não-renováveis estão cada vez mais caras, gerando motivos, além dos ambientais,

também econômicos e políticos para alternativas sustentáveis de geração de energia. Analisando o pano-

rama das restrições de energia no Brasil e no mundo, observa-se que esta problemática vem sendo muito

discutida após a crise mundial de energia ocorrida durante a década de 70 e após a “ECO 92”. Cada vez mais,

a conservação e eficiência no uso da energia se apresentam como fatores essenciais à retomada do desen-

volvimento, visto que, reduzem os recursos governamentais para ampliação do setor elétrico, diminuindo

os impactos ambientais e a poluição global, proporcionada, por exemplo, pela necessidade de construção

de novas usinas geradoras de energia (ELETROBRÁS, 1994).

O Brasil, que tem 87% de sua energia elétrica proveniente de hidrelétricas, já foi vítima da crise energética

em 2001. A arquitetura se apresenta, nesse contexto, como responsável pelo uso racional da energia das

edificações, a partir do aprofundamento dos conhecimentos relativos à adaptação climática do edifício e

à interferência do meio urbano na eficiência energética do mesmo.

Existe uma grande preocupação com as áreas tropicais, pela pouca quantidade de estudos relativos ao

tema. Nos países temperados, pela própria necessidade de conforto térmico, há estudos mais detalhados,

mas que não se adaptam às condições quentes, sendo, portanto, necessários estudos específicos para

essas condições.

O Brasil tem um clima favorável do ponto de vista energético: a diferença entre a temperatura de ambiente

e a temperatura considerada de conforto não é grande, e a abóboda celeste é muito luminosa, não exigindo

grandes esforços luminosos para o aproveitamento da luz natural (MASCARÓ, J.L.; MASCARÓ, L.E.R., 1992). É

preciso saber como maximizar essas qualidades, aproveitando as vantagens naturais oferecidas por essas

condições e convertê-las em conhecimento, para que se possa reduzir o consumo energético.

Analisando o consumo energético do edifício num aspecto mais amplo, verifica-se a grande influência

energética exercida por fatores externos ao mesmo, fatores relacionados à configuração da cidade e ao

entorno. Consequentemente, a ilha de calor representa um elemento determinante do consumo de energia

dos edifícios.


Em um estudo específico (SOUZA, L.C.L.; et. al., 2005) para correlacionar a estrutura urbana com o consumo

de energia elétrica na cidade de Bauru/SP foi observado o comportamento das temperaturas do ar e de

superfícies, além de suas amplitudes para diversos pontos em um bairro residencial. As seguintes caracte-

rísticas foram encontradas:

Tabela 4.2: Relação entre

o consumo de energia elé-

trica e o comportamento

da temperatura do ar

Fonte: Souza; Leme; Pe-

drotti (2005)

Verifica-se que a faixa de consumo mais baixa refere-se à de menor amplitude (cerca de 1ºC de diferença

para a faixa intermediária), tanto do ar quanto de superfície. Já as faixas de consumo médio e aquela acima

de 288 kWh por mês tendem a uma temperatura mais igualada entre si.

Nesse mesmo estudo foram ainda verificadas as orientações das vias estudadas e os respectivos consumos

de energia elétrica das edificações nelas implantadas. O bairro estudado apresenta apenas dois tipos de

orientação de vias: vias implantadas a 60° ou a 150° em relação ao Norte. A tabela 4.3 apresenta os resul-

tados alcançados:

Tabela 4.3 - Orientação das vias e o consumo

de energia.

Fonte: Souza; Leme; Pedrotti (2005).

A orientação de 60º em relação ao Norte (ou seja, vias implantadas sobre o eixo NE-SO) apresentou um

consumo cerca de 34 % maior do que a orientação de 150º (ou seja, vias implantadas sobre o eixo NO-SE).

Já as temperaturas médias não apresentaram diferenças significativas.

As orientações à 60º apresentaram consumo 7% maior no verão do que no inverno, enquanto que as orien-

tações à 150º apresentaram consumo 6% maior no inverno do que no verão.

Desta forma, como será explicitado a seguir, o uso de elementos apropriados, como telhados de cores claras

e vegetação arbórea no ambiente urbano, diminuem a carga térmica requerida pelo uso de ar condicio-

nado nas edificações no verão, reduzindo, consequentemente, as ilhas de calor e aumentando o conforto

no ambiente térmico urbano.


A criação de microclimas no interior da estrutura urbana, através da utilização de elementos e estratégias

para a amenização dos efeitos gerados pelo processo de urbanização ou até mesmo pelas próprias carac-

terísticas climáticas locais, define-se como importante solução urbanística para o controle da qualidade

ambiental das cidades. Assim, pode-se evitar o desperdício de energia elétrica decorrente da inadequação

das estruturas urbanas às necessidades de conforto humano, garantindo melhor qualidade de vida para

a população urbana.

5 CONCEITOS DE CLIMA E MICROCLIMA URBANO

APLICADOS5.1 A formação de microclimas

O microclima urbano significa a condição particular, em um ambiente urbano pequeno, de variáveis climáticas

como radiação solar e terrestre, temperatura do ar, umidade e precipitação (BROCON, GILLESPIE, 1995). Nele,

estão refletidos os efeitos e a influência das atividades humanas sobre o entorno, sendo, portanto, um “desvio

climático” de características singulares, em recintos como praças, ruas, jardins, parques etc.

O clima de uma região pode ser modificado por diversos fatores locais como topografia, presença de vege-

tação, tipo de solo, capacidade térmica dos materiais presentes na superfície, proximidade de corpos d’água,

orientação quanto à exposição solar, presença de estruturas como edificações, ruas etc. (LECHNER, N., 2000).

O microclima urbano influencia fortemente o conforto térmico e a energia requerida para aquecimento ou

resfriamento de edificações na paisagem urbana. Desse modo, seu entendimento pode se constituir em

ferramenta útil para o projetista criar ambientes termicamente confortáveis e energeticamente eficientes

em edificações e espaços externos.

A morfologia urbana é um elemento importante na determinação dos microclimas da cidade, na medida

em que a quantidade de radiação solar incidente e o regime de ventos no ambiente urbano dependem

diretamente da forma, distribuição e orientação das edificações.

São exemplos de microclimas urbanos, as ruas margeadas por edifícios altos, praças e parques urbanos,

sendo que estes últimos podem influenciar climaticamente até ruas adjacentes, dependendo do seu porte

(BUSTOS ROMERO, M.A., 2001). A partir de diversos estudos previamente realizados, pode-se estabelecer

algumas considerações microclimáticas urbanas bastante úteis para o traçado de ruas em diferentes tipos

de climas:


1. Se as ruas são dispostas perpendicularmente à direção do vento, haverá pouca ou nenhuma ventilação.

Nesse caso, elas devem ser suficientemente largas, para garantir ventilação em edificações a sotavento.

Se edificações ao longo da mesma são justapostas, haverá bloqueio do vento, não havendo contribuição

significativa para a ventilação urbana;

2. Para favorecimento da ventilação urbana, deve-se evitar edificações de uma mesma altura. Por outro lado,

se estas têm orientação oblíqua aos ventos, haverá favorecimento da ventilação nas edificações ao longo

da mesma, que ficarão expostas a diferentes pressões;

3. Edificações de diferentes alturas, e torres estreitas (edificações altas) espaçadas favorecem a ventilação

no tecido urbano;

4. Em climas quentes e secos, a minimização das temperaturas pode ser obtida com a reflexão das superfícies,

que devem ser claras; com o traçado de ruas estreitas e pequenas distâncias entre edificações, de modo a

favorecer o sombreamento; as edificações devem, preferencialmente, ter a mesma altura e as ruas devem

ter orientação leste - oeste;

5. Corpos d’água podem ser utilizados como moderadores de temperatura, pela alta capacidade de arma-

zenamento de calor, gerando brisas locais próprias pelo aquecimento diferenciado terra - água, além de

incrementarem a umidade;

6. A vegetação reduz a temperatura do ar e do solo pelo sombreamento e transpiração, aumentando a

umidade próxima;

7. A malha urbana densa, com presença de edificações altas, pode criar sombreamento de passeios públicos.

Da mesma forma, grandes áreas pavimentadas podem gerar desconforto pela alta absorção da radiação

solar próxima ao solo.

O microclima de uma área urbana pode ser modificado com planejamento correto do sítio urbano e do

entorno natural e construído, para que seja possível obter resultados mais favoráveis ao conforto térmico

humano. Particularmente em regiões de clima quente e com elevada umidade do ar, torna-se fundamental

a refrigeração dos espaços urbanos, através do incremento do movimento do ar (esquema 5.1) e da pre-

venção contra ganhos excessivos de calor, com recursos de sombreamento.


Esquema 5.1: Estratégias

de aproveitamento da ven-

tilação natural no interior

das estruturas urbanas.

Fonte: Gonzalo et al (2001).

Conclui-se, portanto, que as características morfológica e ambiental são as que determinam o desempenho

microclimático do recinto urbano. A quantidade de radiação solar que penetra nele, a área parcialmente

sombreada, o fator de céu visível das fachadas dos edifícios que o delimitam e a sua orientação em relação

ao sol e ao vento, definem seu comportamento térmico (MASCARÓ, MASCARÓ, 2002). Como foi exposto

anteriormente, o desempenho microclimático do recinto urbano também é fortemente influenciado pelas

propriedades termo-físicas dos materiais das fachadas e pela geometria dos edifícios que o delimitam (perfil

regular, saliências e reentrâncias). Uma simples intervenção urbana como a construção de uma edificação

vertical pode provocar modificações nas condições microclimáticas dos recintos urbanos (esquema 5.2). A

qualidade destes efeitos microclimáticos (positiva ou negativa) dependerá das solicitações e características

climáticas específicas de cada local. Desta forma, o conhecimento dos fenômenos urbanos e das caracte-

rísticas climáticas é de extrema importância para evitar efeitos térmicos indesejáveis, como o desconforto

de usuários e o consequente aumento do consumo de energia nas edificações que compõem o entorno

urbano.

Esquema 5.2: Exemplo de uma

modificação das condições

microclimáticas a partir de uma

intervenção urbana.

Fonte: Lechner (2001, p.72).

5.2. A influência do desenho de assentamentos construtivos na qualidade térmica urbana

Dentre as principais funções da arquitetura, destaca-se a otimização da qualidade de conforto interna. Esta

condição dependerá do conhecimento do clima e de seus efeitos sobre os elementos construídos. Trata-se,

assim, de complexas inter-relações inerentes aos edifícios e à climatologia urbana, pois o ato de construir um


novo edifício modifica o clima exterior. Essa interação significa que o projetista vem a ser o responsável, a

partir do seu desenho, não somente pelas condições internas, como também pelo entorno climático externo

(BUSTOS ROMERO, M.A., 2001).

O entendimento dos fatores externos que condicionam uma edificação é importante para o controle dos

ambientes na concepção de projetos. Os espaços construídos devem amenizar as sensações de desconforto

impostas pelas condições externas em diferentes realidades climáticas e proporcionar ambientes favoráveis

à realização satisfatória das atividades dos usuários.

O condicionamento térmico natural é a técnica que estuda os meios para que o espaço construído possa

apresentar condições térmicas exigidas pelo ser humano, sem que se recorra necessariamente a um tipo de

energia ativa, ou seja, aproveitando ao máximo os recursos imediatos oferecidos pelo meio, promovendo

integração entre construção e o ambiente urbano.

A classificação climática tem por objetivo facilitar o mapeamento das regiões segundo critérios adequados

de caracterização dos elementos climáticos combinados. É um exercício de caráter fundamentalmente

subjetivo dado à dinâmica do clima, que dificulta as divisões e fronteiras entre os vários tipos sugeridos.

Pode-se classificar os climas conforme a temperatura (quente, temperado, frio), amplitude térmica (conti-

nental, oceânico); umidade (seco, úmido), precipitações (desértico, árido, chuvoso) etc.

Existem vários sistemas de classificação de climas tradicionais e universalmente aceitos (KOEPPEN, 1948;

BUSTOS ROMERO, 2001), além de algumas simplificações (OLGYAY, 1973; KOENIGSBERGER, et. al., 1977) para

zonas de clima tropical. Pode-se, portanto, adotar a classificação simplificada de três tipos principais de

climas encontrados na região tropical (BUSTOS ROMERO, 1988). As principais informações desta classificação

climática podem ser observadas no Quadro 5.1:


Quadro 5.1: Carac-

terização dos climas

tropicais.

Fonte: adaptado

de Bustos Romero

(1988).

A dinâmica dos efeitos do clima parte da radiação solar que, ao atravessar a atmosfera, aquece a superfície

terrestre de maneira diferenciada, de acordo com o tipo e características térmicas das superfícies (água,

terra, montanha, vale), gerando áreas de alta e baixa pressão e, consequentemente, circulação de ar dife-

renciada e maior ou menor diferença de temperaturas entre os dias e as noites, ou estações durante o ano.

O quadro 5.2 apresenta os elementos climáticos que devem ser controlados para tipos climáticos tropicais:

Quadro 5.2: Elementos do

clima a serem controlados.

Fonte: adaptado de Bustos

Romero (1988).


O estudo das trajetórias solares em uma certa localidade permite a análise das estratégias ideais para o projeto

climático, determinando os horários de desejável ou indesejável insolação, a proteção solar requerida e o

dimensionamento de dispositivos de proteção. No contexto urbano, permite conhecer o sombreamento

de obstáculos, massa vegetativa e outros objetos tridimensionais nos espaços públicos.

Além do tipo de clima, um projeto climático deve levar em conta o microclima, ou seja, o clima do entorno

próximo, já que as condições meteorológicas são distintas do nível de ocupação. O microclima local e os

fatores do sítio afetam as condições da edificação. Assim, a topografia (elevação, vales, condições da superfície

do solo), vegetação (altura, massa, textura, localização) e formas das edificações (superfícies, edificações

próximas) são fatores que devem ser considerados quando se faz um projeto climático.

As variáveis de projeto, importantes para a determinação da expressão arquitetônica adequada ao clima,

devem incluir, entre outros aspectos, a forma (relação superfície - volume), materiais, isolamento térmico,

sombreamento e controle solar, tamanho, posição e orientação de aberturas e ventilação.

5.2.1 Princípios de Desenho Urbano para Regiões de Clima quente e secoOs climas quentes e secos requerem estratégias para aumentar o grau de umidade do ar, através de vegeta-

ção e água, além da proteção quanto à radiação solar, através do sombreamento e do uso de superfícies claras

(quadro 5.3). Em algumas regiões secas há inverno rigoroso e, portanto, a arquitetura deve estar “preparada”

para enfrentar esse rigor climático usando materiais de grande capacidade térmica (barro, concreto, pedra) e

envoltória externa pesada, de modo que o calor seja retardado e conservado para as horas mais frias, quando

necessário. O arranjo urbano deve ser compacto (Fotografia 5.3), de modo a diminuir as superfícies expostas,

com o sombreamento entre edificações.


Quadro 5.3: Princípios

para regiões de clima

quente e seco.


Romero (1988).

Fotografia 5.3: Vista geral da cidade de Fez, clima

quente e seco.

Fonte: Declan McCullagm Photograhy (2002)

5.2.2 Princípios de Desenho Urbano para Regiões de Clima quente e úmidoEm climas úmidos, caracterizados por presença de alto grau de umidade e alta nebulosidade, as diferenças de

temperatura diurnas são menores que em climas secos, onde as diferenças de temperatura entre o dia e a noite

são maiores, pela ausência de nuvens que bloqueiam a radiação de ondas longas (radiação térmica) para o céu.

Portanto, para o projeto de edificações e espaços externos, o movimento do ar é indispensável para manter

o conforto em climas quentes e úmidos (esquema 5.3), além da necessidade de diminuição de tempera-

tura e escoamento rápido das chuvas. As ruas e edificações devem estar orientadas para captar as brisas

existentes, e edificações com diferentes alturas promovem a ventilação no espaço urbano (quadro 5.4). O


uso de vegetação, como solo gramado e espécies arbóreas de copas permeáveis, são bem vindas para o

sombreamento necessário e para a proteção do solo da radiação solar direta, já que esta é, sob presença

de vegetação, em boa parte, filtrada.

Esquema 5.3 - Simbologia dos princípios gerais

de conforto para o clima quente-úmido.

Fonte: adaptado de Bittencourt (1988, p. 06).



quente e úmido.

Fonte: adaptado de

Bustos Romero (1988).

5.2.3 Princípios de desenho urbano para regiões de clima tropical de altitudeAs regiões tropicais dos planaltos ou tropical de altitude apresentam características do clima quente e úmi-

do no período chuvoso, e do clima quente e seco no período seco. As diretrizes para o desenho urbano são,

portanto, limitadas pelas exigências muitas vezes conflitantes para diferentes épocas do ano. Assim, face às

limitações do traçado urbano, são fundamentais para esse tipo de clima os controles da forma e desempenho

das edificações (relação entre temperatura interna e externa durante diferentes estações) (quadro 5.5). O edi-

fício torna-se, desta forma, instrumento importante de medição das condições climáticas externas, “fechado”

durante a estação seca e “aberto” para estação úmida.




tropical de altitude.


Romero (1988).

5.3 A qualidade ambiental urbana

A qualidade ambiental urbana e o conforto térmico urbano dependem tanto dos recursos naturais - incluindo

clima e morfologia do lugar - quanto da capacidade do homem para criar condições artificiais que melhorem

o que a natureza oferece. Além disso, pode ser determinada por um conjunto de aspectos físicos, sociais e psi-

cológicos que são percebidos de modo diverso por indivíduos e grupos sociais como consequência de valores

culturais diferentes. Alguns estudos apontam que existe uma nítida diferença entre as respostas ambientais nas

culturas de países frios e temperados, e entre trópicos secos e úmidos (BUSTOS ROMERO, M.A., 2001). Porém,

muito pouca atenção tem sido dada às diferenças ambientais que se relacionam ao conforto térmico.

Neste sentido, o valor de uma arquitetura integrada ao desenho urbano, que reconheça a importância do

conforto ambiental, está no fato de que o bem-estar material é condição indispensável para a satisfação

das necessidades não-materiais (psicológicas, sociais etc.) que justificam e enaltecem a vida humana.

Diante dos impactos ocasionados pelo alto consumo energético nos espaços urbanos na atualidade, esta

necessidade de valorização dos aspectos ligados ao conforto ambiental torna-se extremamente relevante,

devendo ser considerada em toda e qualquer atividade relacionada ao planejamento e intervenção urbana.

6 O PAPEL DA VEGETAÇÃO URBANAA presença da vegetação na cidade de porte arbóreo, arbustivo ou herbáceo (rasteira), na forma de áreas

verdes públicas e particulares (parques, jardins, etc.); além de arborização espalhada em quintais, ruas e avenidas,

pode contribuir de maneira significativa para o resfriamento e economia de energia, atenuando problemas

ambientais urbanos10.

Árvores urbanas podem desempenhar o papel de sombreamento, controle de ruídos, filtragem e dispersão

da poluição atmosférica, redução da velocidade dos ventos, prevenção de erosões, proteção solar de um

conjunto urbano edificado, além da redução das temperaturas urbanas pela evapotranspiração e retenção

de umidade do solo e do ar. Embora não possa ser considerada área verde urbana, se há impermeabilidade

do solo próximo ao local, a presença de árvores na cidade é importante por favorecer a qualidade climática

de recintos e a biodiversidade urbana. A importância da presença de vegetação na cidade envolve ainda

aspectos diversos, como paisagísticos, ecológicos, educativos, estéticos, sociais e psicológicos. As áreas

verdes urbanas estimulam o uso dos espaços coletivos pela comunidade, além de constituírem espaços

atrativos e simbólicos.

Quanto à importância energética no meio urbano, a vegetação, ao produzir sombreamento em áreas

edificadas, diminui a necessidade de resfriamento através do uso de energia ativa no verão. Árvores plan-

tadas próximas a edificações podem reduzir entre 15% a 35% os custos de condicionamento do ar no

verão (MONTEIRO, MENDONÇA, 2003). À noite, o sombreamento também diminui as trocas por radiação

da superfície construída para a atmosfera.

Em regiões de climas com diferenças sazonais acentuadas, o emprego de espécies arbóreas de folhas decí-

duas, é importante pelo sombreamento que proporciona no verão, com a copa cheia, e a permeabilidade

à radiação solar no inverno, com a ausência de folhas.

10 Segundo, Jim; Chen (2003), as áreas verdes urbanas são universalmente avaliadas como locais de recreação, refúgios de vida selvagem e ingredientes essenciais para uma cidade habitável.


É importante que a vegetação seja aproveitada de maneira racional e inteligente no meio ambiente urba-

no, para que se obtenham melhores e mais confortáveis condições microclimáticas, e evitem-se possíveis

conflitos como a interferência das raízes das árvores com os pavimentos de calçadas e vias, ou das copas

com redes aéreas urbanas.

O sombreamento proporcionado pela vegetação urbana contribui para a formação de microclimas favo-

ráveis ao conforto humano, melhorando as condições ambientais adversas (fotografias 6.1 e 6.2). Ao gerar

menor quantidade de calor que áreas construídas na cidade, reduz significativamente os efeitos nocivos

da ilha de calor urbana, durante o verão. Em regiões de clima quente e úmido, a vegetação de grande

porte produz microclimas mais amenos, pois além de fornecer sombra protegendo o recinto urbano da

insolação indesejada, matiza suas superfícies planas, criando um efeito de filtragem dinâmica (MORENO

GARCÍA, M.C., 1999).

Fotografias 6.1 e 6.2: Exemplos de utilização de elementos arbóreos nos recintos urbanos para amenização térmica em

Maceió - AL: Rua Augusta e Praça Cidade Universitária.

Fonte: Simone Torres (2005).

A vegetação tem menor capacidade e condutividade térmica do que os materiais de construção presentes

na cidade. Uma árvore pode controlar a radiação solar direta que chega até o solo, diminuindo o calor irra-

diado a partir deste, e consequentemente, diminui a temperatura do ar próxima. A radiação solar incidente

é absorvida pelas folhas, que possuem baixo índice de reflexão. As árvores interceptam uma quantidade de

radiação solar direta, e, dependendo da densidade de sua folhagem e extensão e espessura de sua copa,

pode alcançar valores altos de radiação absorvida, sendo uma parte refletida para cima e o resto absorvido

pela própria árvore, a fim de ser utilizada nos processos de transpiração e fotossíntese.


A pavimentação urbana pode ser substituída por vegetação rasteira, ou associação desta com compo-

nentes construtivos. Desse modo, obtém-se diminuição da temperatura do solo, e melhores condições de

drenagem e escoamento das águas pluviais.

A radiação de onda curta que incide nas folhas de uma árvore é parcialmente transmitida como radiação

difusa, porque a folha não é opaca à radiação solar. A reflexão da radiação solar depende da morfologia e

das características físicas das plantas, e mais especificamente do albedo da superfície foliar, que chega a

cerca de 30% da superfície total. Apenas 20% do fluxo incidente sobre a cobertura vegetal atingem o solo.

Cerca de 46% da radiação solar transmitida sob a vegetação é difusa. Quanto à absorção, que depende

principalmente da pigmentação das folhas, a cobertura vegetal pode absorver até 50% da radiação de onda

curta e até 95% da radiação de onda longa (MORENO GARCÍA, M.C., 1999).

A altura das plantas, a idade e o tipo de folhagem das espécies arbóreas modificam a iluminância sob a co-

bertura vegetal. Em geral, a arborização homogênea e densa pode reduzir a iluminância significativamente

em qualquer época do ano. Um bosque pode reduzir até 90% da luz que nele incide (KATZCHNER, L., 1997).

Sob grupamentos arbóreos, a temperatura do ar é de 3°C a 4°C menor que nas áreas expostas à radiação

solar (esquema 6.1). Através do controle da radiação solar, associado ao aumento da umidade do ar, a va-

riação de temperatura do ar sob a vegetação torna-se menor, reduzindo, assim, a amplitude térmica nos

locais arborizados. Este fato ocorre de maneira mais significativa durante o verão, pois a densidade foliar e

a evapotranspiração das plantas são mais intensas (MORENO GARCÍA, M.C., 1999).


ilustrativa do efeito de grupos

arbóreos na temperatura do ar no

período diurno e noturno.

Fonte: Mascaro (1996).

A umidade relativa do ar sob a vegetação é de 3% a 10% maior que nos espaços sem ela, verificando-se

as maiores diferenças no verão, pois este efeito é proporcional à densidade foliar da vegetação; os valores

menores registram-se na primavera devido à existência de vazios na copa (MORENO GARCÍA, M.C., 1999).

A vegetação reduz a incidência da precipitação sobre o solo, diminuindo a velocidade de descida da água

e alterando a quantidade de umidade que alcança o solo. Permite, ainda, o aumento da incorporação de

matéria orgânica no solo.


A incidência do vento sob arborização reduz as diferenças de temperatura e umidade relativa do ar entre

as áreas sombreadas e ensolaradas. A vegetação pode contribuir para o efeito de canalização dos ventos,

proporcionando o resfriamento das superfícies, além de atuar como moderadora das velocidades extremas

do ar no microclima urbano.

Dentre os efeitos de barreira desempenhados pela cobertura vegetal (Esquemas 6.2 e 6.3), pode-se destacar

os efeitos de obstrução (quando a vegetação bloqueia o fluxo do ar), deflexão (desvia a direção do fluxo

do ar e sua velocidade), filtragem (reduz a velocidade do vento conforme a permeabilidade da barreira) e

condução (direciona o fluxo do ar, modificando sua velocidade).

A vegetação, sem dúvida, contribui de forma significativa para o estabelecimento de microclimas. A fo-

tossíntese auxilia na umidificação do ar, e consequente resfriamento evaporativo. Esse fenômeno é mais

significativo quando se trata de grandes superfícies verdes urbanas, permitindo até mesmo a formação de

“ilhas de frescor” dentro do microclima urbano (BARBIRATO, MATTOS, 2000).


esquemática dos efeitos da

vegetação na modificação da

direção dos ventos.

Fonte: Mascaro (1996).


Esquema 6.3: Exemplo representativo do

uso da vegetação para desvio de ventos

indesejáveis.

Fonte: Lechner (2001, p.306).

As velocidades do vento iguais ou superiores a 3,5m/s (equivalente a 12,6 km/h) podem ser inconvenientes

e dificultar o deslocamento de pedestres, provocando ruídos e transportando pó (LOWRY, 1977). A utili-

zação da vegetação como barreira tem capacidade de reduzir a velocidade do vento e barrar os resíduos

transportados por ele. Além disso, o uso de barreiras de vegetação possibilita o relativo isolamento dos

usuários no interior de espaços públicos, minimizando os ruídos externos.

Como pode ser observado no esquema 6.4, a posição e a distância da vegetação ao edifício ou espaço

aberto a ser ventilado ou protegido influencia significativamente a trajetória do vento, redirecionando-o

para que penetre no interior desses espaços de maneira conveniente ou afastando-o.

Geralmente a utilização da vegetação para efeito de obstrução é identificada quando se quer impedir a

passagem do vento de inverno e permitir a passagem no verão, pois estes frequentemente apresentam

orientações diferenciadas. Em determinadas situações as barreiras de vegetação podem ser mais efica-

zes do que barreiras sólidas (muros, edificações), pois a redução da velocidade ocorre de forma gradual,

atingindo maiores extensões e evitando a formação de zonas de turbulência, devido à permeabilidade da

vegetação (LOWRY, 1977).


Esquema 6.4: Exemplo da utiliza-

ção da vegetação como barreira

contra ventos indesejáveis e

como canalizadora da ventilação

benéfica.

Fonte: adaptado de Mascaró

(2002; p. 46).

7 O MONITORAMENTO URBANOPara conhecer os efeitos da urbanização sobre o clima, o ideal seria dispor de observações meteorológicas

prévias desde o surgimento de determinada cidade, continuando o monitoramento ao longo do seu de-

senvolvimento e crescimento. Desse modo, poderiam ser comparadas as observações nos diversos estágios

do processo de urbanização. Mas, esta situação ideal de monitoramento urbano é particularmente de difícil

execução, pois a maioria das cidades, principalmente as mais antigas, não possuíam os recursos disponíveis e

adequados (estações meteorológicas) para iniciar o monitoramento desde o seu surgimento. Outras, como as

mais recentes, não contam com os recursos financeiros ou com o apoio das instituições relacionadas com o

processo de urbanização para iniciar os estudos dos efeitos deste processo (STATHOPOULOS, ZACHARIAS, 2004).

O quadro atual dos estudos sobre o clima urbano é constituído a partir da disponibilidade de dados regis-

trados e monitorados apenas a partir de determinada fase do processo de urbanização. Para evitar a lacuna

de dados referentes ao surgimento das cidades, existe um método que, com razoável aproximação, permite

demonstrar a aproximação correta sobre as modificações climáticas impostas pela urbanização. Consiste

em estabelecer comparações entre a área urbana, ou melhor, entre o centro urbano, e as áreas rurais ou

periféricas circundantes. Para que os resultados sejam válidos deve-se levar em consideração a eliminação

de um conjunto de efeitos de distorção. As modificações climáticas causadas pelo efeito da urbanização

das cidades devem somar as possíveis modificações provocadas pela influência das distintas localizações

topográficas de cada uma delas.

Na maioria das vezes, não é possível existir um monitoramento climático que quantifique esses efeitos

desde o nascimento da cidade e seu crescimento. A aproximação correta das modificações climáticas

devido à urbanização, entretanto, pode ser estimada a partir da relação entre um valor medido de uma

variável meteorológica (GIVONI, NOGUCHI, 2000) no meio urbano (Mu) e um valor medido de uma variável

meteorológica rural (Mr), de modo que:

Mu = C + Lu + U

e

Mr = C + Lr


onde:

C = a componente resultante do clima da região;

Lu = a contribuição resultante da localização da cidade (influência da topografia, massas de água, etc.);

Lr = a contribuição resultante da localização do entorno rural (influência da topografia, massas de água, etc.);

Mr = valor medido de uma variável meteorológica rural;

Mu = valor medido de uma variável meteorológica urbana;

U = a alteração produzida pela cidade.

Consequentemente:

Mu - Mr = Lu - Lr + U

Se Lu = Lr, tem-se: Mu - Mr = U

Ou seja, para características semelhantes topográficas entre uma cidade e seu entorno rural, as diferenças

entre os valores medidos das variáveis meteorológicas no espaço urbano e no espaço rural são consequ-

ências exclusivamente do efeito urbano.

A dificuldade maior, dentro dessa relação, consiste na determinação exata dos limites entre áreas urbanas

e rurais, por causa da influência urbana que pode existir, em área rural como, entre outros fatores, o efeito

a sotavento da direção predominante do vento regional na cidade.

7.1 Procedimentos básicos para o monitoramento urbano

O monitoramento de uma cidade pode ser realizado de diversas maneiras. De acordo com os principais es-

tudos, três procedimentos básicos se destacam (STATHOPOULOS, ZACHARIAS, 2004): o monitoramento através

de estações fixas, ou convencionais, situadas na cidade (ou em diversos pontos da cidade) e nos arredores; o

estabelecimento de transetos urbanos por meio de medições móveis em percursos rápidos a pé ou em estações

meteorológicas móveis em veículos; e a utilização de recursos de sensoriamento remoto.


7.1.1 As estações fixasUm dos procedimentos habitualmente seguidos em numerosos estudos de clima urbano está baseado na

análise dos dados meteorológicos registrados em observatórios fixos e convencionais, o primeiro, situado na

cidade, e o segundo, nos arredores (que com frequência corresponde ao do aeroporto da cidade). Mas, os regis-

tros através de estações meteorológicas fixas convencionais ao longo da cidade são, muitas vezes, insuficientes

para uma análise climática urbana. O ideal seria o monitoramento através de estações fixas posicionadas em

diversos pontos. Sabe-se que esse método nem sempre é possível, já que seriam necessárias muitas estações

para o monitoramento, de modo que se pudesse obter uma rede densa de informações sobre o clima da cidade.

Um exemplo deste método pode ser identificado através das observações diretas do balanço de energia na

cidade do México, que foram realizadas a partir de uma estação fixa, como mostra a fotografia 7.1 (RIVERO,

R., 1985), (HERTZ, J. B., 1998).

Fotografia 7.1: Estação meteorológica fixa implantada na cobertura de um

edifício na área central da Cidade do México.

Fonte: Oke et al (1999, p.3921).

7.1.2 Os transetos urbanos A realização do transeto urbano é o procedimento que incorpora a utilização de veículos para realizar medi-

ções meteorológicas localizadas nos diversos pontos da cidade, ao longo de um determinado percurso. É uma

técnica muito usual e representativa para a análise dos climas urbanos. Este método permite a obtenção de

um maior número de observações correspondentes a diferentes locais da cidade, em relação aos sistemas de

medidas habituais nas observações fixas convencionais, que se limitam a um só ponto. Os transetos, portanto,

permitem que se trace o perfil de diferentes lugares da cidade, em particular, partes de interesse pela peculia-


ridade urbana (ruas com tráfego intenso, parques municipais etc.) mostrando, em cortes esquemáticos, o perfil

climático. A técnica dos transetos, utilizando as estações meteorológicas móveis, é indicada especialmente para

medir a temperatura e a umidade relativa do ar. A escolha dos transetos se faz de acordo com as características

urbanas da localidade. Convém corresponder a lugares que, a priori, possam ter um comportamento climático

diferenciado. Paralelamente às medições, é importante que sejam anotadas observações sobre nebulosidade,

condições de ventilação etc., que podem se constituir em informações úteis para a análise.

Os transetos permitem, ainda, cortes diferentes da ilha de calor urbana. Para a correta análise desses da-

dos, correções devem ser feitas considerando-se o intervalo de tempo durante o trajeto entre os pontos

de medição, especialmente em lugares onde a amplitude térmica diária é considerável. A representação

gráfica dos transetos (gráfico 7.1) em uma série de perfis térmicos urbanos proporciona outra visão distinta

da ilha de calor que é mostrada nos mapas de isotermas.

Gráfico 7.1: Exemplo de representação

gráfica dos dados coletados através de

transeto (medições móveis) obtidos

a partir de um estudo sobre o clima

urbano da cidade de Maceió-AL.

Fonte: Barbosa et al (2001).

7.1.3 Sensoriamento remotoO sensoriamento remoto torna possível a captação da temperatura radiante das superfícies urbanas, permi-

tindo uma análise detalhada da distribuição espacial da temperatura radiante presente na superfície urbana,

a partir da obtenção de imagens em infravermelho. Para transformar essas informações de interesse para os

estudos de clima urbano, é preciso correlacionar os dados dessas temperaturas com a temperatura do ar. Um

dos primeiros trabalhos utilizando o sensoriamento remoto com vistas ao mapeamento do fenômeno de ilhas

de calor em São Paulo foi desenvolvido por Magda Lombardo (1985).


7.2 Localização e exposição de instrumentos meteorológicos em ambientes urbanos

Desde os recentes avanços nas pesquisas relacionadas ao monitoramento climático urbano que se discute

a necessidade de se estabelecer critérios mínimos nos trabalhos experimentais de observação urbana face

à sua peculiaridade, em especial devido às obstruções do fluxo de ar, trocas de radiação, características das

superfícies artificiais e das atividades humanas (OKE. T. R., 2004). Uma estação urbana não deve seguir rigida-

mente as determinações de uma estação climática convencional. Por essa razão, recomenda-se ao invés de

locais abertos e gramados, a centralização de uma estação urbana com arredores representativos da localidade

estudada. Essa abordagem flexível significa, inclusive, que nem todas as observações em um lugar devem ser

realizadas no mesmo local. Da mesma forma, tão importante quanto os dados meteorológicos colhidos, é a

descrição detalhada da estação, de modo a relacionar as observações obtidas às características do entorno.

Uma estação meteorológica deve ser representativa de uma área, de acordo com o objetivo a que se alcançar.

Idenfica-se como primeiro passo para a localização de uma estação urbana a avaliação da natureza física do

terreno, de modo a selecionar áreas homogêneas e quantificar o n° de estações necessárias (OKE. T. R., 2004).

Se há apenas uma estação, deve-se decidir se o objetivo é o monitoramento de uma localidade particular,

ou o maior impacto climático da cidade. Pode-se refinar o trabalho de campo através de estabelecimento

de transetos ou mapas com isolinhas que revelem anomalias térmicas ou de umidade, de interesse para

a pesquisa.

Nesse caso, aconselha-se a realização do monitoramento inicial em algumas horas após o pôr do sol ou antes

do amanhecer, em noites relativamente calmas e de céu claro, quando são potencializadas as diferenças

microclimáticas (OKE. T. R., 2004).

Quanto à exposição de instrumentos na camada de cobertura urbana destacam-se as seguintes recomen-

dações (OKE. T. R., 2004).

a) O sensor de temperatura deve estar protegido de aquecimento ou superfícies altamente refletoras, além

do bloqueio efetivo da radiação;

b) A ventilação do sensor é essencial;


c) Em áreas urbanas muito densas, por exemplo, a instrumentação deve se localizar a apenas 5 a 10m de

edificações;

d) Alturas entre 1,25m e 2m acima do nível do solo são aceitáveis para áreas urbanas, mas, como o gradiente

de temperatura do ar na camada de cobertura urbana é suave em canyons, as alturas de 3m a 5m não apre-

sentam grandes diferenças das realizadas a alturas padrão, com a vantagem de proteger a instrumentação

de possíveis vandalismos e da interferência do calor antropogênico gerado pelo tráfego de veículos no

ambiente urbano;

e) Muito comumente as observações meteorológicas são situadas em telhados, cujos efeitos podem afetar

o microclima de maneira significativa e compromoter as medições realizadas;

f ) Em estações rurais a altura padrão para medidas de vento é de 10m, com o sensor livre de obstruções. Em

localidades urbanas, essa condição na maioria das vezes não é possível. Para localidades mais densamente

construídas, com alturas relativamente uniformes dos elementos construídos, o anemômetro pode ser

montado em um mastro de uma construção, a 10m, ou a 1,5 vezes a altura média dos elementos (escolher

a que corresponde à maior altura);

g) Ainda a respeito do monitoramento de velocidade e direção do vento na cidade, deve-se evitar o posi-

cionamento dos instrumentos em zonas a sotavento de estruturas altas;

h) Sensores de medição da velocidade e direção do vento devem considerar o efeito da estrutura no fluxo

resultante, quando montado em edificações altas ou isoladas. Esse efeito pode ser obtido com análise

complementar, utilizando-se algumas técnicas de análise, como o túnel de vento ou mesa d’água para

simulação dos modelos reduzidos ou, ainda, através da modelagem numérica computacional.

7.3 Teorias e abordagens de análise do clima urbano

7.3.1 A metodologia de MonteiroO prof. Monteiro (MONTEIRO, MENDONÇA, 2003) analisa o clima urbano do ponto vista metodológico, como

sistema que compreende o clima de um determinado espaço urbanizado, ou seja, como um espaço concreto

e tridimensional, que instantânea e interruptamente, incorpora e desprende energia de natureza térmica.

Monteiro defende a utilização da Teoria dos Sistemas como um quadro de referência teórico para o estudo

do clima urbano. Desta forma, considera o clima urbano como um sistema dinâmico adaptativo, atentando


que para o estudo do clima da cidade deve-se adotar uma conduta de investigação que veja nela não um

antagonismo entre o homem e a natureza, mas uma co-participação. A proposta de análise deste sistema é

baseada em três canais perceptivos, associados aos conjuntos de fenômenos do universo climático: conforto

térmico (subsistema termodinâmico), a qualidade do ar (subsistema físico-químico) e o impacto meteórico

(subsistema hidrodinâmico).

Dentro do Sistema Clima Urbano (S.C.U.), o canal I, correspondente ao subsistema termodinâmico, atra-

vessa toda a sua estrutura, pois é insumo básico, transformado na cidade e que pressupõe uma produção

fundamental no balanço de energia líquida atuante no sistema (diagrama 7.1). O uso do solo, a morfologia

urbana, bem como suas funções, estão intimamente implicados no processo de transformação e produção.

A estrutura do S.C.U. inclui obrigatoriamente o natural e o construído pelo homem. O artefato físico criado

pela urbanização, integrado ao suporte geoecológico em que se insere, dinamizado pelos fluxos urbanos,

é que constitui o operando do sistema, cuja estrutura é penetrada e percorrida por fluxos energéticos do

operador: a atmosfera (diagrama 7.2).

Diagrama 7.1: Diagra-

ma básico - Sistema

Clima Urbano.

Fonte: Monteiro &

Mendonça (2003).


Diagrama 7.2: Representação

do canal I: Conforto térmico

(subsistema termodinâmico).

Fonte: Monteiro & Mendonça

(2003, p.47).


7.3.2 A contribuição de OkeO prof. Timothy Oke, entre tantas contribuições que tem prestado à área de climatologia urbana, fundamenta

a base energética do fenômeno de ilha de calor urbana (OKE, 1982), consolidando uma vertente teórica baseada

na compreensão da cidade a partir do balanço de energia urbano (ver seção 3 do capítulo 4) importantes para

os estudos relacionados à modelagem climática urbana.

7.3.3 A metodologia de BittanAriel Bittan apresenta uma metodologia destinada à climatologia aplicada ao planejamento urbano e do

edifício (BITAN, A., 1988), integrando diferentes elementos climatológicos em todos os níveis de planejamento.

A metodologia de Bitan baseia-se em cinco estágios (requisitos dos usuários, dados ambientais, coleta de dados

climáticos, observação climatológica e processo de análise) que auxiliam o planejamento e projeto urbano

e edificações. O impacto dos elementos climatológicos no planejamento, de acordo com a metodologia de

Bittan, é mostrado no diagrama 7.3:

Diagrama 7.3: Im-

pacto dos elementos

climatológicos no

planejamento regional,

na forma urbana e no

edifício.

Fonte: Bittan (1985,

p.06).

7.3.4 A metodologia de Oliveira (1988)O método desenvolvido por Oliveira (OLIVEIRA, P., 1989) para a avaliação do clima urbano é baseado na

análise qualitativa dos atributos bioclimatizantes da forma urbana. Na tabela 7.1, pode-se observar os principais

atributos determinantes da morfologia da massa edificada, da morfologia dos espaços exteriores e da morfologia

do solo/ paisagem que possuem influência na qualidade térmica dos recintos urbanos destacados por Oliveira.


Quadro 7.1: Principais

atributos determinantes

da morfologia urbana

segundo

Fonte: adaptado de

Oliveira (1988)

7.3.5 A metodologia desenvolvida por Katzschner Lutz Katzschner (KATZCHNER, L., 1997) desenvolveu um método de análise do clima urbano baseado na

descrição qualitativa das características espaciais dos recintos urbanos para o desenvolvimento de um sistema

de classificação (esquema 7.2). Primeiramente é realizada uma análise geográfica a partir da confecção de

mapas de uso do solo e caracterização da estrutura urbana como, estratificação das edificações (altura, profun-

didade e largura), localização dos espaços de arborização urbana e especificações relacionadas aos sistemas

de drenagem de águas pluviais. A sobreposição destes mapas, a partir da integração das informações sobre

as condições das superfícies urbanas, pode ser correlacionada com as condições do ar próximo ao solo, onde

os resultados analisados permitem desenvolver um sistema de classificação das condições termodinâmicas.

A análise de Katzschner pode ser combinada com as medições das variáveis climáticas nos recintos urbanos

estudados. A validação e correção destes mapas são finalizadas com a confecção de um mapa climático

padrão, que inclui todos os fatores determinados no sistema de classificação do clima urbano. É importante

destacar, porém, que nesta validação a influência dos fatores climáticos locais deve ser considerada.


Diagrama 7.4: Diagrama esquemático sobre

as etapas do método de investigação do

clima urbano desenvolvido por Katzschner

(1994).

7.3.6 A abordagem bioclimática de Bustos RomeroBustos Romero (2001) destaca a proposta de concepção bioclimática do espaço público, visando à obten-

ção, na escala urbana, do que a arquitetura bioclimática consegue com o edifício. Ou seja, os espaços públicos

urbanos devem transformar-se em um mediador entre o clima externo e o ambiente de seu interior emoldu-

rado. A ideia fundamental de seu método de análise é a abordagem de novas categorias para tratar o espaço

público exterior, a partir da conjugação dos elementos formais. Aponta-se, portanto, três grandes categorias

temáticas a serem apreciadas a partir da concepção bioclimática para a caracterização do espaço público: o

entorno, a base e superfície fronteira (esquema 7.1 e quadro 7.1).



das categorias para a caracte-

rização bioclimática do espaço

público - entorno, base e

superfície fronteira.

Fonte: Bustos Romero (2001).

A base (espaço sobre o qual se assenta o arranjo construtivo urbano) inclui a caracterização da pavimen-

tação, vegetação, presença de água, mobiliário urbano e propriedades físicas dos materiais utilizados. A

superfície fronteira (espaço que forma o limite ou margem de espaço arquitetônico) compreenderá a ti-

pologia edificadora. O entorno compreende informações sobre o espaço urbano mais imediato ao arranjo

construtivo, apresentando os aspectos relacionados à incidência da radiação solar, atividades próximas,

além das características sobre movimento do ar entre edificações.

Quadro 7.2: Elementos

que conformam o espaço

público a partir da abord-

agem bioclimática.

Fonte: Bustos Romero

(2001, p.155).

8 CLIMA E PLANEJAMENTO URBANO8.1 Conforto térmico urbano e eficiência energética

O clima urbano, da mesma forma que o interior das edificações, exerce influência no conforto térmico do

homem. Em espaços externos, o conforto humano pode ser afetado por diversos parâmetros, entre os quais

a temperatura do ar, a umidade do ar, a velocidade do vento, a atividade humana e o nível de vestimenta

utilizado. Porém, os critérios e abordagens adotados para avaliação das condições de conforto externas não

podem ser os mesmos que os adotados para condições internas. Isso se justifica porque na maioria das vezes,

as condições externas não correspondem às estabelecidas para as zonas de conforto internas, e porque as

condições de conforto em espaços externos, as expectativas dos usuários e as respostas fisiológicas variam de

maneira mais evidente às condições sazonais do tempo (STATHOPOULOS, ZACHARIAS, 2004).

Diversos estudos procuram estabelecer relações entre a resposta subjetiva e comportamento humano em

função de condições climáticas externas (ARENS, BOSSELMANN, 1989), (NIKOLOPOULOU, et.al. 1998), (HO-

PPE, 2002). A maior parte deles tem como base os estudos desenvolvidos por Fanger (1973) sobre conforto

térmico e parâmetros intervenientes.

Nesses estudos estão incluídas medições de parâmetros meteorológicos como temperatura do ar, vento,

umidade e radiação solar. São ainda aplicados questionários para medição da resposta fisiológica humana

frente às condições que se estabelecem simultaneamente às medições, além do estabelecimento de rela-

ções entre a atividade, o metabolismo, vestimenta e taxas de sudação.

A adaptação fisiológica ou adaptação perceptiva refere-se aos efeitos culturais e cognitivos, e à extensão

de experiências e expectativas que podem alterar a percepção e reação ao ambiente térmico (BRAGER,

G.S., DE DEAR, R.J., 1998).

Uma avaliação do conforto térmico urbano requer o entendimento da inter-relação entre diferentes parâ-

metros envolvidos. É, sem dúvida, de maior complexidade, uma vez que envolvem uma maior variação de

condições climáticas, como a velocidade do vento e a radiação solar incidente.


Aspectos relacionados ao projeto de espaços urbanos devem incluir, portanto, o cuidado no correto tra-

çado, disposição dos volumes edificados, incluindo um estudo sobre os espaçamentos mínimos, altura e

profundidade da massa edificada urbana. Deve incluir, também, informações sobre as propriedades termo-

físicas dos materiais constituintes do solo e dos edifícios que irão compor a estrutura urbana, de modo que

o conforto térmico urbano seja obtido pelos usuários, especialmente nos espaços de uso público.

Algumas pesquisas, a partir de estudos em espaços abertos, estabelecem índices de conforto para áreas

externas, estimando o efeito quantitativo de vários aspectos de projeto que modificam a incidência de sol

e ventos em épocas distintas. Givoni e Noguchi (2000), por exemplo, estabeleceram um índice a partir de

questionários com pessoas (homens e mulheres) em áreas sombreadas, ao sol e protegidas do vento, durante

épocas diferentes no Japão. Nesses questionários, a escala de conforto a ser respondida pelos indivíduos

variava de 1 (muito desconfortável) a 7 (muito confortável). Para a sensação térmica, foi estabelecida uma

escala de 1 (muito frio) a 7 (muito quente).

A relação final entre essa variável e o conforto pôde ser expressa como mostra a equação a seguir. Para níveis

de sensação térmica superiores à escala estabelecida, a resposta deve estar ligada a estímulos não relacio-

nados ao conforto térmico. Entre 5, 6 e 7, pode-se considerar confortável. Se inferior a 5, desconfortável:

TS = 1,7 + 0,118 Ta + 0,0019 SR - 0,32 WS - 0,0073 RH + 0,0054 ST

Onde:

TS = sensação térmica;

Ta = temperatura na sombra (°C);

SR = Radiação solar horizontal (W/m2);

WS = velocidade do vento (m/s);

RH = umidade relativa (%);

ST = temperatura da superfície ao redor (°C).


O conforto térmico, portanto, é um dos requisitos básicos para que os ambientes apresentem o melhor

nível de habitabilidade. Sua importância relaciona-se não só à sensação de conforto dos seus usuários,

como também ao seu desempenho no trabalho e à sua saúde.

8.2 Ambiente urbano e eficiência energética

Os diversos estudos existentes comprovam que a qualidade da vida humana está diretamente relacionada

com a interferência da obra do homem no meio natural urbano. A complexidade de se produzir uma arquite-

tura e um traçado urbano eficaz está na necessidade de se considerar seus aspectos não isoladamente (físicos,

funcionais, estéticos, econômicos), mas de forma integrada e adequada a cada caso específico (RIVERO, 1985).

As pesquisas, portanto, comprovam que a forma urbana modifica o comportamento das variáveis climáti-

cas alterando as condições térmicas nos recintos urbanos e nas edificações que compõem o seu entorno.

Por isso, o clima local deve ser entendido como importante condicionante na elaboração e avaliação de

projetos arquitetônicos e urbanos.

Quando a estrutura urbana não se apresenta de forma adequada ao aproveitamento dos fatores climáticos

favoráveis ao conforto térmico nos espaços externos e nas edificações que a compõem, a qualidade térmica

insatisfatória resultante nestes recintos pode acarretar no aumento de consumo energético nos edifícios

através da implantação da climatização artificial.

Cabe, portanto, à arquitetura e ao desenho urbano, entre outros aspectos a se considerar no projeto,

neutralizar as condições climáticas desfavoráveis e potencializar as favoráveis, dando a máxima satisfação

possível às exigências humanas sobre o conforto térmico com base nos princípios do condicionamento

natural (HERTZ, J. B., 1998).

Sabendo que o desempenho térmico da estrutura urbana está diretamente associado às condições cli-

máticas do ambiente onde ela se insere, um mesmo sistema construtivo quando utilizado em condições

climáticas diferentes apresentará desempenho térmico diferenciado. Portanto, a desconsideração das

condições climáticas locais, pode ocasionar além do alto consumo de energia elétrica, em patologias

construtivas, além de provocar, em alguns casos, o comprometimento da saúde física e psicológica dos

usuários (ALUCCI, M.P., 1986).


Nesse contexto, dá-se importância aos princípios de desenho urbano orientados pela concepção arqui-

tetural do bioclimatismo, que correspondem ao próprio ambiente construído atuando como mecanismo

de controle das variáveis do meio, através de sua envoltória (paredes, pisos e coberturas), seu entorno

(água, vegetação, sombra, solo) e, ainda, através do aproveitamento dos elementos e fatores do clima para

o melhor controle do vento e do sol (BUSTOS ROMERO, 2001).

Em relação aos estudos sobre o clima urbano, a problemática que tem sido alvo de crescente preocupa-

ção, é justamente a constatação, nos exemplos da arquitetura contemporânea, da difusão de modelos de

edifícios importados, revelando a total ausência de vínculos entre estes com o ambiente físico, ambiental e

social de onde estão implantados. O predomínio de soluções padronizadas e a postura de ignorar as espe-

cificidades climáticas locais tem acarretado no evidente desajuste térmico na escala urbana, provocando

graves consequências na escala do edifício (fotografias 8.1 e 8.2).

Fotografias 8.1 e 8.2: Ambientes urbanos “internacionalizados” em diferentes cidades do mundo, São Paulo e Hong

Kong, respectivamente.

Fonte: Lau (2002).

Observa-se que a nova dinâmica global tem provocado formas de produção e consumo inadequadas

no espaço construído. Este fato pode ser verificado através da própria desconsideração do entorno e da

paisagem no processo de ocupação por assentamentos humanos. Neste sentido, destacam-se dois as-

pectos que tem provocado a existência de ocupações que desprezam o contexto e a geografia do sítio. O

primeiro refere-se à constante substituição de limites naturais por limites técnicos, econômicos e políticos

na ordenação do espaço habitado. O segundo relaciona-se à dissolução da densidade histórica do lugar,

em benefício da banalização do urbano.


Essa tendência tem acarretado graves consequências ao meio ambiente. Além da implementação de téc-

nicas de produção quase sempre sem relação com suas possíveis consequências ambientais e humanas,

a nova configuração urbana evidencia o não comprometimento com as características locais, detectada

em duas escalas: a da cidade e a do edifício.

Em relação à cidade, tem-se observado que o desenho urbano já não corresponde à “expressão do lugar”-

característica detectada em assentamentos urbanos marcados pelo aproveitamento das características

físicas e culturais -, sendo extremamente afetado pelo acelerado processo de urbanização e pelo descaso

com a paisagem natural. Dentre os principais efeitos dessas mudanças, está a própria formação do clima

urbano e do fenômeno ilha de calor, como já foi discutido anteriormente, determinados pela influência

direta do ambiente construído na modificação do comportamento das variáveis climáticas.

Em relação à escala reduzida, observa-se também o domínio da concepção do edifício como obra isolada

de arquitetura, em detrimento de seu relacionamento com o contexto, através da utilização de modelos

e tipologias importados, decorrente do processo de internacionalização das práticas construtivas. Além

disso, o avanço tecnológico tem levado ao estabelecimento de uma posição cômoda de projetistas, que,

ao conceberem edificações não adaptadas às realidades climáticas locais, abusam da aplicação de siste-

mas de iluminação e climatização artificiais, gerando tipologias altamente “energívoras” devido ao grande

desconforto causados aos usuários. No Brasil, desde 1973, com o embargo do petróleo, o alto consumo de

energia para proporcionar melhores condições de conforto em edificações tem levado diversos setores

governamentais a reavaliar estas práticas insustentáveis.

Um recinto urbano sem planejamento adequado do uso do solo, com ausência de parâmetros adequados

de verticalização e ocupação do solo, sobretudo onde ele cresce a uma velocidade rápida e com poucos

recursos técnicos, pode colocar em risco a qualidade de vida de seus habitantes.

É importante destacar que a necessidade de consumo energético na obtenção de um conforto ambiental

apropriado não se deve apenas a um problema decorrente das condições climáticas, mas, muitas vezes, ao

desconforto gerado por uma organização espacial urbana não compatível com o meio. Assim, deve-se prio-

rizar a concepção de espaços habitados com a utilização de recursos naturais de climatização. Esta postura

é imposta hoje pelas necessidades econômicas que apóiam a conservação de energia nas edificações e

pela relevância do tema, face ao seu potencial de impacto tecnológico, social e ambiental (GIVONI. B., 1998).


A arquitetura e o desenho urbano devem ser encarados de maneira integrada visando priorizar o bem-estar

de seus moradores, o uso dos recursos naturais, a economia energética e a responsabilidade ambiental.

Esta postura não deve se restringir apenas a uma parcela da sociedade. Pelo contrário, deve atender todo

o conjunto populacional da cidade, a partir de toda extensão do setor da construção civil.

Torna-se clara, assim, a importância da obtenção do conhecimento das características climáticas da região

antes da realização de intervenções arquitetônicas e urbanas no meio urbano ou natural. Ou seja, o plane-

jador urbano deve sempre buscar informações sobre alguns parâmetros climatológicos como a ventilação

natural e a insolação, que possam servir como orientação no projeto de edificações e das diversas tipologias

urbanas, verificando os efeitos térmicos possíveis de diferentes arranjos dos espaços.

Nos países em desenvolvimento, onde a maior parte da população urbana é carente de recursos básicos, tais

como habitação, serviços (água, energia, esgoto) e transporte, a intervenção tecnológica, para a correção

do espaço urbano torna-se economicamente inviável. Por isso é necessária a ampliação dos estudos que

forneçam subsídios para um controle de ocupação do espaço urbano, fixando parâmetros físicos para um

ambiente urbano mais compatível com a qualidade de vida humana (LOMBARDO, M. A., 1997).

Neste sentido, a compreensão da análise ambiental nos espaços urbanos pode oferecer subsídios, sob

forma de soluções alternativas apresentadas ao poder público, a quem compete as decisões para futuras

mudanças.

O fato é que, além de se caracterizar como um problema econômico e de degradação ambiental, o consumo

excessivo de energia elétrica, também provoca o agravamento de problemas sociais. Isso porque para que

haja o aumento da produção de eletricidade, os impactos ambientais tornam-se inevitáveis, principalmente

os causados pelas novas usinas, como inundações, deslocamentos de populações (no caso de hidrelétricas)

ou poluição e riscos com a segurança pública (no caso de usinas nucleares ou termoelétricas). Além disso,

o aumento nos dispêndios para a produção de energia implica na redução dos investimentos em outras

áreas (saúde, educação e habitação). Estes fatos, portanto, são contrários à ideia de progresso, embutida

na política de globalização e internacionalização de tipologias construtivas.

Diante disso, torna-se clara a necessidade de difusão de práticas de conservação de energia e de eficiência

energética, ao nível de projeto e de especificações de materiais e equipamentos de edificações urbanas. A

recuperação das características peculiares do lugar, nas decisões de desenho arquitetônico e urbanístico, ou


seja, a recuperação da influência dos aspectos climáticos, culturais, tecnológicos e históricos do território,

deve ser entendida como a principal forma de estabelecer a produção e o consumo do espaço habitado

de maneira sustentável.

8.3 A importância do tratamento dos espaços externos

Pode-se definir os espaços públicos como componentes essenciais à paisagem urbana, constituindo-se

como “espaços de vida”, devendo ser projetados como unidades arquitetônicas onde as características am-

bientais, climáticas, históricas, culturais e tecnológicas são os elementos que o configuram como estímulos

dimensionais (BUSTOS ROMERO, 2001).

A sensação de conforto térmico está associada com o ritmo de troca de calor entre o corpo e o meio am-

biente, sendo assim, o desempenho humano durante qualquer atividade pode ser otimizado, desde que

o ambiente propicie condições de conforto e que sejam evitadas sensações desagradáveis, tais como:

dificuldade de eliminar o excesso de calor produzido pelo organismo; perda exagerada de calor pelo corpo

e desigualdade de temperatura entre as diversas partes do corpo.

O conforto ambiental urbano é, em parte, preservado pelos índices urbanísticos de densidade de área cons-

truída e de preservação de áreas verdes. As áreas verdes contribuem em muitos aspectos para a qualidade

do meio ambiente urbano e tem grande impacto nas condições de conforto ambiental, especialmente em

locais caracterizados pela intensa radiação solar, com altas temperaturas diurnas. Além de contribuir para

o microclima das cidades, a vegetação urbana tem influência no comportamento social, na poluição do

ar, no amortecimento no nível de ruído, na estética das cidades etc. (GIVONI, 1998). Em geral, a vegetação

estabiliza os efeitos do clima de seu entorno, reduzindo os extremos das variáveis ambientais e, além de

auxiliar na diminuição da temperatura do ar, absorve parte da energia solar e favorece a manutenção do

ciclo oxigênio-gás carbônico, essencial à renovação do ar. (DIMOUDI, NIKOLOPOULOU, 2003)

A presença de espaços livres na malha urbana, caracterizados pela presença de arborização urbana, contribui

para uma melhor movimentação do ar, transformando as condições de salubridade. Estas áreas, quando

tratadas adequadamente, desempenham um papel importante para a cidade, pois além de constituírem

zonas de amenização do clima, cumprem funções sociais, culturais e higiênicas.

Sabe-se que o espaço público, além de se configurar como local de convívio e encontro, pode ser identi-

ficado, também, como palco de expressão e exercício da cidadania, assumindo extrema importância no

contexto da vida urbana. Os espaços públicos, portanto, podem desempenhar diversas funções no am-


biente urbano, como as relacionadas aos seus valores visuais ou paisagísticos, valores recreativos e valores

ambientais. Uma boa qualidade do espaço público pode favorecer a permanência em uma espacialidade

tranquila, o desenvolvimento de atividades sociais e, consequentemente, vitalidade urbana (fotografia 8.3).

Fotografia 8.3: Praça Marechal Deodoro no centro de

comércio e serviços de Maceió-AL: arborização urbana

possibilitando o melhor convívio social e ambiental.

Fonte: Simone Torres (2005).

Nos centros urbanos, áreas verdes são indispensáveis na prevenção de situações de desconforto, de gastos

energéticos com a climatização de edifícios e do efeito urbano de “ilha de calor” (NIACHOU, et.al., 2001).

As árvores e outros tipos de vegetação são os elementos mais completos para adaptar e proteger os espaços

livres, para manter o equilíbrio do ecossistema urbano e favorecer a composição atmosférica, a velocidade

do ar ou a umidade ambiental. Por sua função fisiológica, liberam umidade ao ambiente, da água absorvida

por suas raízes: um metro quadrado de bosque libera 500 kg de água por ano. No verão, são reduzidas as

temperaturas no ambiente circundante à vegetação, em proporção equivalente ao calor latente necessário

para evaporar a água transpirada (RHEINGANTZ, P.A., 2001).

Os estudos na área da climatologia urbana identificam que a qualidade, quantidade e forma de uso dos

espaços públicos urbanos são determinadas, em grande parte, por suas condições microclimáticas e que

aspectos como o tipo de superfície, geometria do espaço e a presença ou não de vegetação são importan-

tes para a determinação de sua qualidade bioambiental. Portanto, a qualidade do ambiente urbano pode

ser verificada por meio do conforto térmico que este propicia aos seus usuários. Torná-los termicamente

eficientes, através da utilização de elementos e equipamentos favoráveis ao clima, manifesta-se como

primeiro passo para transformá-los em espaços de vida, potencializando, assim, o seu papel ambiental.


Dentre os principais aspectos a serem analisados no desenho físico urbano, durante o processo de plane-

jamento das cidades, podem-se destacar os seguintes (NASCIMENTO, C. C., 1993):

a) configuração geométrica dos edifícios;

b) propriedades dos materiais de construção;

c) cores das superfícies exteriores;

d) extensão e a densidade da área construída;

e) as condições de sombra nas rua e estacionamentos;

f ) distribuição das áreas verdes.

Em relação aos principais aspectos físico-ambientais que devem ser considerados pelo urbanista, podem-

se citar os seguintes:

1- Separação espacial das atividades poluentes da atmosfera e localização das mesmas, considerando

topografia, características morfológicas e direção dos ventos;

2- Utilização de amplos espaços abertos e áreas verdes distribuídos na estrutura urbana, facilitando a dispersão

de poluentes gerados pelas atividades urbanas, bem como a redução do ganho térmico no espaço urbano;

3- Sistema veicular relacionado com a localização dos edifícios e mobiliário urbano, de modo a evitar bolsões

de poluição, facilitando a dispersão de gases e partículas gerados por veículos.

É evidente, ainda, a necessidade da adequação de uma legislação baseada em pesquisas para controlar

o crescimento urbano, considerando-se a proporção mínima de área verde em relação à quantidade de

concentração de concreto.

Para a obtenção da qualidade climática do ambiente urbano é necessário, portanto, estabelecer o uso

correto dos elementos climatológicos e sua interação em diferentes níveis de planejamento e construção,

melhorando, assim, os microclimas dos espaços externos e a eficiência energética urbana. Um espaço mais

qualificado microclimaticamente representa mais conforto humano e, consequentemente, menor consumo

de energia com equipamentos artificiais de climatização.

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