impactos microclimÁticos do desenho urbano: estudos realizados em curitiba

RAE GA 21 (2011), p. 298-336 www.ser.ufpr.br/raega Curitiba, Departamento de Geografia UFPR ISSN: 2177-2738

298

IMPACTOS MICROCLIMTICOS DO DESENHO URBANO: ESTUDOS REALIZADOS EM CURITIBA

MICROCLIMATE IMPACTS OF URBAN DESIGN: STUDIES IN CURITIBA

Flvia Cristina Osaku Minella1

Francisco Bemquerer Costa Rasia2

Eduardo Leite Krger3

RESUMO

O artigo busca compreender as relaes entre atributos da geometria urbana e alteraes no microclima. So apresentados dois estudos distintos conduzidos na mesma rea central de Curitiba, PR, a partir de medies de campo realizadas em 2009 e de simulaes de clima urbano no software ENVI-met. Os estudos, embora utilizem a mesma campanha de coleta de dados,

1 Graduada em arquitetura pela Pontifcia Universidade Catlica do Paran PUC-PR, mestre em

Tecnologia pelo Programa de Ps-Graduao em Tecnologia da UTFPR, doutoranda do Programa de Ps-Graduao em Tecnologia da UTFPR. E-mail: [email protected] 2 Graduado em arquitetura pela Universidade Federal do Paran UFPR, mestrando do Programa de

Ps-Graduao em Tecnologia da UTFPR. E-mail: [email protected] 3 Graduado em Engenharia Civil pela Universidade Catlica de Petrpolis, mestrado em Planejamento

Energtico pela COPPE/UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro, doutorado em Arquitetura pela Universitt Hannover, Alemanha e ps-doutorado na Ben-Gurion University of the Negev, Israel. Professor Adjunto de Nvel Superior da Universidade Tecnolgica Federal do Paran UTFPR no Departamento Acadmico de Construo Civil (UTFPR), professor pesquisador e coordenador da Linha de Pesquisa Tecnologia e Desenvolvimento do Programa de Ps-Graduao em Tecnologia (UTFPR) e professor pesquisador do Programa de Ps-Graduao em Engenharia Civil (UTFPR). E-mail: [email protected]


299

possuem objetivos e metodologias diferentes. O primeiro estudo foca no impacto da geometria urbana, na temperatura ambiente e nos nveis de conforto em ruas de pedestre no perodo diurno, sendo o fator de viso do cu utilizado como indicador da complexa geometria urbana. O segundo estudo trata do impacto da orientao das vias em relao ao vento dominante, quanto s taxas de ventilao resultantes (velocidade do ar e distribuio espacial), visando disperso de poluentes gerados pelo trfego, no contexto urbano. Os resultados auferidos evidenciam a influncia da forma urbana para a determinao do conforto trmico em ruas de pedestres, restringindo-se a um perodo diurno especfico, e para a criao de cenrios de poluio.

Palavras-chaves: conforto trmico, fator de viso do cu, qualidade do ar, ENVI-met.

ABSTRACT

This paper seeks to understand the relations between attributes of the urban morphology and changes in the microclimate. Two independent studies, carried out in downtown Curitiba, Paran, are presented, from field measurements in 2009 and urban climate simulations using the ENVI-met software suite. Both studies, whereas dealing with the same physical area, have distinct objectives and workflows. The first study focuses on the impact of street geometry on the ambient temperature and pedestrian comfort levels in daytime, using the sky-view factor as an indicator of the complexity of the urban geometry. The second study evaluates the impact of street orientation in relation to prevailing winds and the resulting effects of ventilation (air speed and spatial distribution) on the dispersion of traffic-generated air pollutants. The results show the influence of urban geometry on human thermal comfort in pedestrian streets and on the outcome of pollutant dispersion scenarios.

Keywords: thermal comfort, sky-view factor, air quality, ENVI-met

INTRODUO

Grande parte do crescimento urbano ocorre em latitudes subtropicais. A

urbanizao em tais reas levou ao adensamento e expanso horizontal das

cidades. Essas duas estratgias, em geral no planejadas devidamente,

podem trazer conseqncias ambientais significativas. Entretanto, um bom

planejamento de cidades, que leve em conta efeitos climticos de modificaes

na estrutura e configurao urbanas, pode mitigar impactos das mudanas

climticas que ocorrem em um nvel mais macro, contribuindo para menor

desconforto trmico localizado.


300

A anlise de fenmenos relacionados ao clima urbano, conseqncia de

um processo generalizado de urbanizao em diversas partes do mundo, pode

e deve servir de subsdio para o planejamento urbano. De estudos elaborados

nessa rea, a relao entre fatores controlveis pelo homem, como, por

exemplo, taxa de permeabilidade do solo e distanciamento timo de prdios

entre si, juntamente com restries sua altura, pode ser melhor definida, com

nveis mais elevados de conforto e decorrente reduo de consumo energtico

para climatizao ou iluminao artificial de edificaes. A expectativa que,

com o agravamento das condies climticas (alagamentos, ondas de calor

etc), estudos relacionados ao clima urbano e, mais especificamente, que visem

mitigao dos efeitos das mudanas climticas por meio de medidas

adequadas de planejamento urbano, ganhem maior peso, tornando-se uma

necessidade.

Na cidade de So Paulo, por exemplo, observa-se com freqncia cada

vez maior alagamentos e transbordamentos de rios, como o Tiet, que, mesmo

tendo sido alargados, tm sua capacidade excedida. Pode-se relacionar este

fato supresso de reas vegetadas em favor de pavimentao e

construes, impermeabilizando grandes reas da cidade e gerando grandes

eflvios. O projeto Nova Marginal do Tiet tem gerado polmica, com a

previso de novas pistas, sem haver um projeto urbanstico, em contrapartida,

que minimize o impacto de novas reas pavimentadas.

O planejamento das cidades futuras poderia mitigar os efeitos globais

relacionados s mudanas climticas e at mesmo aliviar os impactos de

grandes concentraes urbanas (gerao de calor, poluentes, alteraes nos

padres de vento e de precipitaes, etc), em um feedback negativo. Um

exemplo da utilizao de estratgias de planejamento urbano com implicaes

microclimticas na recuperao de reas urbanas degradadas foi um projeto

recente de recuperao de um trecho de rio na zona urbana, em Seul, na

Coria do Sul. Recursos computacionais da rea de climatologia urbana foram

tambm utilizados (a ferramenta de simulao de clima urbano, ENVI-Met)

para se verificar os impactos de alteraes urbanas no microclima (HAN; MUN;

HUH, 2007).


301

Em vista disso, o presente artigo tem por objetivo discutir relaes entre

atributos da geometria urbana e alteraes no microclima. Dois estudos

distintos so apresentados, ambos conduzidos na rea urbana de Curitiba, PR,

a partir de medies de campo realizadas em 2009 e de simulaes de clima

urbano no software ENVI-met.

Dois enfoques sero tratados:

- O impacto da geometria urbana, aqui representada pelo fator de viso

do cu (FVC), na temperatura ambiente e nos nveis de conforto em ruas de

pedestre no perodo diurno estudo 1;

- O impacto da orientao das vias em relao ao vento dominante,

quanto s taxas de ventilao resultantes (velocidade do ar e distribuio

espacial), visando disperso de poluentes gerados pelo trfego, no contexto

urbano estudo 2.

REA DE ESTUDO

Curitiba encontra-se na regio sul do Brasil, latitude 25 31 S, longitude

49 11 W e altitude de 917m acima do nvel do mar. Abrange uma rea de 435

km e possui uma populao de aproximadamente 1.800.000 habitantes

(IBGE, 2009). A cidade situa-se abaixo do Trpico de Capricrnio, no primeiro

planalto paranaense. De acordo com a classificao de Kppen-Geiger, o

clima de Curitiba predominantemente mesotrmico com veres frescos (Cfb),

com invernos tipicamente secos (IPPUC, 2009). As precipitaes so da ordem

de 1600 mm anuais. Segundo o Zoneamento Bioclimtico Brasileiro (ABNT,

2004), Curitiba est na Zona Bioclimtica I, a mais fria das oito zonas,

correspondente a 0,8% do territrio nacional. Medies meteorolgicas oficiais

so realizadas pelo INMET em uma estao no Centro Politcnico da UFPR,

na regio leste da cidade. A temperatura mxima mdia 26C e a mnima

mdia 7.4C. Os ventos dominantes sopram de leste, nordeste e sudeste,

com mdias entre 2 e 3 m/s (LAMBERTS; GOULART; FIRMINO, 1998).


302

O foco deste estudo o calado da Rua XV de Novembro, na regio

central da cidade. Como primeira rua de pedestres criada no Brasil nos anos

de 1970, sua importncia histrica amplamente reconhecida. O calado

composto por cinco quadras da Rua XV de Novembro, iniciando-se a partir da

Rua Presidente Faria at a Travessa Oliveira Bello, e pelas duas quadras que

compem a Avenida Luis Xavier. Todo o calado, somadas as duas praas

situadas nas extremidades (Praa Santos Andrade e Praa General Osrio),

considerado patrimnio histrico. As construes ao longo da Rua XV de

Novembro representam vrias dcadas: sobrados construdos em final do

sculo XIX e comeo do sculo XX, prdios art-dco de cinco e seis

pavimentos das dcadas de 1940 e 1950, arranha-cus modernistas dos anos

1960-1970.

Atualmente, a Rua das Flores, como popularmente chamada, faz parte

da identidade cultural da cidade, sendo caracterizada por um fluxo intenso e

constante de transeuntes. Segundo a Associao Comercial do Paran (2007),

140.000 pessoas circulam por dia pelo calado. Desde seu surgimento, a via

uma das principais artrias comerciais da cidade. O calado est

implantado em um eixo de rua com tendncia para o sentido E-W, com um

azimute prximo a 70. Alm da Rua XV de Novembro, foram consideradas

ruas de pedestres no entorno do calado, sendo estas: Rua Saldanha

Marinho, Praa Generoso Marques, Travessa Oliveira Bello e a Rua Senador

Alencar Guimares.

IMPACTOS DO FATOR DE VISO DO CU (FVC) NA TEMPERATURA

AMBIENTE E NOS NVEIS DE CONFORTO EM RUAS DE PEDESTRES

ESTUDO 1

Os modelos de cnion urbano consideram edificaes com alturas

uniformes. No entanto, em geral, esta simplificao no condiz com a forma

urbana da maioria das cidades, que apresentam edificaes com perfis

verticais diversificados. Nesse sentido, o fator de viso do cu (FVC),


303

representado pelo smbolo s, pode ser considerado um parmetro mais

prximo da realidade.

O fator de viso do cu a razo entre a poro de cu visvel de um

determinado ponto e o cu potencialmente disponvel a partir deste ponto

(CHAPMAN, 2007). Johnson e Watson (1984) consideram o FVC como a

razo entre a radiao solar recebida (ou emitida) por uma superfcie plana

comparada com aquela recebida (ou emitida) por todo o entorno.

O valor do FVC varia de 0 (zero) at 1, sendo que o valor 1 corresponde

a uma rea sem qualquer obstculo que se interponha entre o ponto escolhido

e o cu.

O FVC tem sido comumente utilizado em estudos de trocas de energia

(CHAPMAN; THORNES, 2004). Embora parmetros como o calor liberado

pelas aes antropognicas e as propriedades trmicas dos materiais estejam

relacionados com a intensidade da ilha de calor noturna, simulaes realizadas

por Oke et al.4 (1991, citado por CHAPMAN; THORNES; BRADLEY, 2001)

apontam que o FVC pode, isoladamente, produzir uma Tu-r de 5 a 7 C.

Observa-se que h uma predominncia de estudos que relacionam FVC

e ilha de calor noturna, comparativamente a estudos que tratam do perodo

diurno. Em relao aos resultados encontrados, nota-se uma divergncia entre

pesquisas que apontam haver relao entre a geometria urbana, definida pelo

FVC, e a temperatura ambiente (UNGER, 2004; SVENSSON, 2004; SOUZA,

2007), e aquelas que demonstram pouca influncia do FVC para a

determinao da temperatura local (ELIASSON, 1996; UPMANIS; CHEN,

1999).

Apesar de o FVC ser uma simples parametrizao, o clculo para a sua

obteno tem sido um desafio para os climatologistas (CHAPMAN; THORNES,

2004). Diferentes mtodos so apresentados para o clculo de obteno do

FVC. Basicamente, o FVC pode ser obtido por mtodos analticos (OKE, 1981;

JOHNSON; WATSON, 1984), mtodos fotogrficos - uso de programas

4 OKE, T. R. et al. Simulation of surface urban heat islands under ideal conditions at night. Part 2: Diagnosis of causation. Boundary- Layer Meteorology, v. 56, p. 339-358, 1991.


304

especficos (CHAPMAN; THORNES; BRADLEY, 2001; MOIN; TSUTSUMI,

2004; CORREA et al., 2005), sistemas com dados de base 3D acoplados a um

Sistema de Informaes Geogrficas - SIG (SOUZA; RODRIGUES; MENDES,

2003), sistemas que utilizam GPS (CHAPMAN; THORNES, 2004) e, mais

recentemente, imagens com um dispositivo que mostra as diferenas trmicas

entre as obstrues e o cu (CHAPMAN et al., 2007).

MATERIAIS E MTODOS

A primeira etapa desta pesquisa consistiu na determinao de pontos

passveis para posterior monitoramento (Erro! Fonte de referncia no

encontrada.). Procurou-se mapear pontos na extenso que abrange desde a

Praa Santos Andrade at a Praa General Osrio (pontos 1 a 11),

englobando todas as quadras do calado da Rua XV de Novembro. Alm

destes, selecionaram-se pontos no entorno do calado: Rua Saldanha

Marinho (pontos 12 e 13), Praa Generoso Marques (pontos 14 a 16),

Travessa Oliveira Bello (ponto 17) e a Rua Senador Alencar Guimares (ponto

18).

FIGURA 1 LOCALIZAO DOS PONTOS SELECIONADOS PARA OBTENO DO FVC


305

Posteriormente, foram obtidas fotos olho de peixe dos pontos aptos a

serem monitorados, e calculado o FVC de cada ponto. Para tanto, utilizou-se

uma lente olho de peixe FC-E8 acoplada a uma cmera digital Nikon CoolPix

4500, sendo o clculo do FVC realizado por intermdio do programa Rayman,

software desenvolvido por Andreas Matzarakis e de domnio pblico

(http://www.mif.uni-freiburg.de/RayMan/). Das 18 localidades passveis de

monitoramento, que totalizaram 19 pontos, uma vez que o ponto 6 foi

subdividido em dois pontos (6a e 6b), selecionaram-se 15 pontos para medio

(Figura 2), havendo repetio de alguns pontos.

Os pontos de monitoramento foram sempre centralizados em relao

quadra, exceto nos seguintes locais: ponto 9, uma vez que esta quadra a

nica com passagem para veculos; ponto 10, situado no entorno da Praa

General Osrio; ponto 16, localizado no entorno da Praa Generoso Marques e

ponto 6 por haver uma fonte centralizada na quadra.

O monitoramento das variveis microclimticas ocorreu sempre em

pares e simultaneamente em perodos de quatro horas (incio s 11h01 e

trmino s 15h00). No total, foram 13 dias de monitoramento ao longo dos

meses de janeiro a agosto de 2009. Em relao ao estabelecimento dos pares

de medio, procurou-se comparar diferentes situaes urbanas, como, por

exemplo: cnions urbanos com diferenas considerveis no valor de FVC,

como os pares 2 e 7; pares com pouca diferena na quantidade de cu

obstrudo, como os pontos 8 e 16; comparao de cruzamento de vias com

cnion e com praa seca, pares 4 e 9 e pares 4 e 14, respectivamente.

Ressalta-se que, embora alguns pares apresentem valores de FVC

semelhantes, suas configuraes urbanas (regularidade na altura das

edificaes, ponto em cruzamento de vias, etc.) so distintas.


306

PONTO 2 PONTO 3 PONTO 4 PONTO 5

FVC = 0,20 FVC = 0,32 FVC = 0,34 FVC = 0,22

PONTO 6a PONTO 6b PONTO 7 PONTO 8

FVC = 0,26 FVC= 0,27 FVC = 0,39 FVC = 0,37

PONTO 9 PONTO 10 PONTO 13 PONTO 14

FVC = 0,29 FVC = 0,30 FVC = 0,21 FVC = 0,55

PONTO 16 PONTO 17 PONTO 18

FVC = 0,38 FVC = 0,21 FVC = 0,30

FIGURA 2 FOTO OLHO DE PEIXE E FVC DOS PONTOS MONITORADOS

As coletas de dados climticos foram possveis com o uso de duas

estaes meteorolgicas da marca HOBO modelo H21-001 (Figura 3). Cada


307

estao estava equipada com os seguintes instrumentos: sensor de

temperatura do ar e umidade, piranmetro e sensor de direo e velocidade do

vento (anemmetro). As faixas de preciso desses instrumentos satisfizeram

as recomendaes da norma ISO 7726 (1998), que dispe sobre os

instrumentos para a medio de variveis fsicas. Os sensores de temperatura

do ar e umidade relativa foram fixados na altura de 110 cm, conforme ISO

7726 (1998). O piranmetro foi fixado a 160 cm, acima dos demais sensores e

orientado para o Norte, para evitar sombras sobre o mesmo. O anemmetro foi

fixado a 210 cm, conforme recomendado por Campbell (1997).

FIGURA 3 ESTAO HOBO (H21-001) E INSTRUMENTOS DE MEDIO

ACOPLADOS

Para se obter a temperatura radiante mdia (Trm), foram utilizados

termmetros de globo de cobre, com =2, pintados na cor RAL-7001

(THORSSON et al., 2007). Em cada estao, fixou-se o termmetro de globo a

110 cm do solo, conforme ISO 7726 (1998). A Trm foi calculada pela frmula

para conveco forada, definida pela ISO 7726 (1998).

Para que fossem obtidos resultados precisos, os dados climticos foram

gravados de 5 em 5 segundos. Foi feita, ento, uma mdia de todos os

segundos para a composio do minuto. Os ndices de conforto utilizados


308

neste estudo foram: Voto Mdio Estimado (PMV) e Temperatura Fisiolgica

Equivalente (PET). O clculo de cada um deles foi feito por meio do programa

RayMan. As informaes pessoais foram baseadas nos dados de um homem

padro segundo a norma ISO 8996 (2004), sendo consideradas as seguintes

caractersticas: idade 30 anos, altura 1,75m e peso 70 kg.

A primeira etapa da anlise dos dados consistiu em estabelecer a

varivel climtica com melhor correlao com os ndices de conforto

selecionados. Desta forma, por meio do programa Statgraphics, foram obtidas

correlaes entre os ndices PMV e PET e as variveis microclimticas

(velocidade do vento, radiao solar, umidade do ar, temperatura do ar e

temperatura radiante mdia), sendo a temperatura do ar (T) e a temperatura

radiante mdia (Trm) as que apresentaram maiores coeficientes de correlao

com os ndices de conforto.

O mtodo das medies em pares permite a comparao de duas

situaes urbanas, mas no de todos os pontos simultaneamente. Por

conseguinte, foram adotados os seguintes procedimentos para contornar esta

condio:

- Anlise dos pares de medio

Baseando-se unicamente no conceito de FVC, partiu-se do pressuposto

de que, sob condies diurnas, em pontos com maior abertura do cu, as

variveis T e Trm seriam proporcionalmente maiores que em pontos com

menor valor de FVC, devido maior exposio das superfcies urbanas

radiao solar. Assim, para o perodo de medio, procurou-se verificar a

existncia de um comportamento padro entre os valores mdios de Trm dos

pares de medio e os respectivos valores de FVC.

- Seleo e anlise de dias comparveis

O objetivo dessa etapa foi analisar o comportamento trmico de pares

monitorados e o nvel de conforto trmico em dias selecionados, associando o

valor de FVC a estas anlises. Uma vez que a anlise climatolgica de

espaos abertos abrange uma diversidade de variveis climticas, sendo uma


309

das mais impactantes a radiao solar recebida no ponto, utilizou-se a

diferena de radiao entre os pares de medio, segundo a Equao 1, como

parmetro para a seleo de dias comparveis. O resultado dado em

diferenas percentuais entre o total de radiao solar incidente nos pares de

medio.

% VARIAO = [(Ig 2- Ig1) /

Ig2]x100

Equao 1

Sendo Ig2 o total de radiao medido na estao 2, e Ig1 o total

de radiao medido na estao 1, sendo considerados os dados do perodo de

monitoramento das 11h01 s 15h00.

Para os dias com diferena de radiao entre os pontos inferior a 30%

foram traados grficos relacionando a diferena de Trm entre os pontos

(estao 2- estao 1) e os ndices PMV e PET. Em seguida, foram

comparados os nveis de conforto calculado entre os pares. O valor de

referncia, 30%, foi determinado em funo dos valores de radiao

encontrados nos 13 dias de medio.

- Normalizao de dados e anlises

A etapa seguinte foi a normalizao dos dados de Trm para que fosse

possvel comparar dias diferentes de monitoramento, evitando-se, assim, que

as diferentes condies meteorolgicas de cada dia mascarassem o efeito do

FVC. A normalizao de dados para uma mesma condio depende de um

fator estabelecido por outra situao que permanea inalterada em termos de

exposio s condies climticas: a estao meteorolgica fixa. Nesse caso,

utilizaram-se dados do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Devido

falta de dados referentes Trm, tomaram-se como base os dados horrios de

T correspondente a cada dia de medio. O procedimento completo de

normalizao apresentado em Minella (2009).


310

RESULTADOS ESTUDO 1

ANLISE DA RELAO ENTRE FVC, ILHA DE CALOR DIURNA E

DIFERENAS DE TEMPERATURA (TRM-T)

Para a verificao da existncia de ilha de calor nos locais de

experimento (calado da Rua XV de Novembro e entorno), foram obtidas as

diferenas entre os valores mdios de temperatura do ar obtidos nos locais de

monitoramento com as mdias de temperatura do ar registradas pelo INMET,

para todos os dias e para o perodo das quatro horas correspondentes s

medies (12h00, 13h00, 14h00 e 15h00). Verificaram-se, tambm, as

diferenas dos valores mdios de Trm obtidos por meio das medies e os

valores mdios de T medidos pelo INMET (Trm-T), durante o perodo de

monitoramento correspondente. No diagrama de disperso entre o FVC e a

ilha de calor diurna (Erro! Fonte de referncia no encontrada.), a correlao

foi baixa, quase nula (R = 0,10). J em relao s diferenas de temperatura

(Trm-T) e o FVC, o coeficiente de determinao foi de 0,35, com correlao

correspondente de 0,59 (Grfico 14). Esta constatao sinaliza que a Trm, por

levar em conta os efeitos da radiao solar, est mais relacionada ao FVC do

que a temperatura do ar, embora ambos os valores de correlao tenham sido

baixos.

Ainda em relao anlise de Trm e FVC, foram agrupados dados de

Trm-T em pontos com mesmo valor de FVC, isto , pontos repetidos durante a

campanha de medies. Desta maneira, para os pontos 2 (FVC 0,20); 3 (FVC

0,32); 4 (FVC 0,34); 7 (FVC 0,39); 10 (FVC 0,30) e 14 (FVC 0,55), foram

extrados valores mdios de Trm para cada um desses dias. Embora o

agrupamento de dados no seja a situao ideal, o agrupamento das

diferenas de valores mdios de Trm medidos in loco com as mdias de T

obtidas pelo INMET se justifica por ser a configurao urbana o parmetro

central da pesquisa, no sendo consideradas outras variveis, como por

exemplo, o albedo. Nesse caso, o coeficiente de determinao foi de 0,57

(Erro! Fonte de referncia no encontrada.), com correlao correspondente

de 0,75.


311

y = 3,0545x - 0,6535

R2 = 0,10

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

0,0 0,2 0,4 0,6

FVC

Ilh

a (

C)

- p

er

od

o d

iurn

o

GRFICO 1 GRFICO DE DISPERSO ENTRE FVC E ILHA DE CALOR DIURNA

y = 47,657x - 4,4341

R2 = 0,35

-5,0

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

0,0 0,2 0,4 0,6

FVC

T

rm-T

(C

)

GRFICO 2 GRFICO DE DISPERSO ENTRE FVC E TRM-T

y = 52,992x - 7,088

R2 = 0,57

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

0,0 0,2 0,4 0,6

FVC

T

rm-T

(C

)

GRFICO 3 GRFICO DE DISPERSO ENTRE FVC E ILHA DE CALOR DIURNA (DADOS AGRUPADOS)

As anlises demonstram que o FVC no necessariamente

determinante para sensao de conforto no perodo diurno em razo da

diversidade de variveis climticas que influem na determinao da T e da


312

Trm. Todavia, quando considerado somente o FVC, independente de outras

condicionantes, percebe-se que o R mais significativo (0,57).

A partir da anlise dos valores mdios de ilha de calor e de Trm-T do

local com maior obstruo (ponto 2, FVC 0,20) e do ponto menos obstrudo

(ponto 14, FVC 0,55), conforme Tabela 1, percebe-se que h uma tendncia

de que em pontos mais abertos, caso do ponto 14, os valores de temperatura

sejam mais elevados, refletindo na formao das ilhas de calor e nas

diferenas de temperatura Trm-T.

TABELA 1 FVC, ILHA DE CALOR E DIFERENAS DE TEMPERATURA (TRM-T)

DATA Ponto FVC Ilha (perodo diurno)

C

Trm-T

C

09/01/2009 2 0,20 1,5 18,8

01/04/2009 2 0,20 0,1 12,9

17/06/2009 2 0,20 -0,2 1,7

06/05/2009 14 0,55 1,4 27,6

03/06/2009 14 0,55 1,6 21,2

11/08/2009 14 0,55 0,7 18,7

Sabe-se que uma das questes determinantes para os valores de T e

Trm a quantidade de radiao incidente no local observado, sendo

necessria a anlise da acessibilidade solar nestes pontos.

RELAO ENTRE ACESSIBILIDADE SOLAR E O FVC

A Trm uma importante varivel no que diz respeito aos ndices de

conforto trmico, estando diretamente relacionada radiao solar. Em

condies diurnas, conforme verificado nas anlises dos pares de medio, o

FVC, quando analisado como um parmetro isolado, no capaz de predizer

as condies trmicas de um determinado local, uma vez que a quantidade de

radiao solar influencia sobremaneira os valores de Trm. No entanto, uma

anlise conjunta do FVC e da radiao solar pode fornecer resultados mais


313

precisos quanto ao nvel de conforto trmico. Assim, considerando-se a

importncia da quantidade de radiao solar para a determinao dos valores

de Trm, foram feitas interpretaes da incidncia solar em cada ponto, por

meio de cartas solares plotadas sobre as imagens olho de peixe. Tanto as

fotos olho de peixe como as cartas solares utilizadas possuem projeo

eqidistante, sendo as trajetrias solares traadas individualmente para cada

dia de medio com auxlio do programa Rayman.

A carta solar sobreposta foto olho de peixe indica o perodo de

incidncia solar no ponto durante todo o ano. A Figura 4 mostra a trajetria

solar do ponto 2 (FVC 0,20), medido no dia 09/01/2009 e do ponto 14 (FVC

0,55), monitorado no dia 03/06/2009. Em ambos os pontos a quantidade de

horas de sol a mesma (aproximadamente 7 horas). Assim, embora a

diferena de FVC entre os pontos seja considervel, e as medies tenham

ocorrido em pocas distintas, a quantidade de radiao recebida foi

semelhante. Considerando-se o perodo de medio, das 11h01 at s 15h00,

o total de radiao incidente no ponto 2 foi de 2449 W/m . No ponto 14, o

somatrio de radiao incidente no perodo de monitoramento foi de 2626

W/m. As variaes na ilha de calor e nas diferenas de temperatura Trm-T

para ambos os dias (Tabela 1) mostram o impacto da geometria urbana na

temperatura ambiente.

PONTO 2

PONTO 14

FIGURA 4 FOTO OLHO DE PEIXE COM CARTA SOLAR PARA OS PONTOS 2 E 14


314

Na anlise da carta solar sobreposta a foto olho de peixe, atestado

que, embora o FVC possa auxiliar na definio da forma urbana, este um

parmetro limitado para descrever as irregularidades da geometria urbana,

ainda que seja um avano quando comparado a simplificao da relao H/W.

Pois a radiao solar pode atingir de maneiras distintas pontos com valores de

FVCs semelhantes. Assim, verifica-se que a questo da acessibilidade solar

adquire grande importncia em se tratando de estudos de conforto trmico em

espaos abertos.

IMPACTOS DA ORIENTAO DAS VIAS NA DISPERSO DE POLUENTES

ESTUDO 2

A influncia do ambiente construdo sobre os processos atmosfricos

tem sido objeto de pesquisa h vrias dcadas. Entende-se que o ambiente

construdo envolve a transformao das caractersticas radiativas, trmicas,

de umidade e aerodinmicas, e assim afeta os fluxos solares e hidrolgicos

naturais (OKE, 1978) das reas urbanas. Trabalhos subsequentes do mesmo

autor detalham as mincias de camadas verticais e escalas horizontais,

inclusive a noo de uma sub-camada de rugosidade roughness sub layer

(RSL), mais prxima ao solo, na qual o fluxo de ar sofre a mxima interferncia

das estruturas naturais e antrpicas (OKE, 2006).

No se pode falar de uma configurao urbana tpica: caractersticas

histricas, culturais e naturais influenciam a morfologia de qualquer

assentamento humano (MONTEIRO, 2003). No entanto, zonas climticas

urbanas podem ser agrupadas em classes com caractersticas semelhantes de

tipologia construtivas, uso e permeabilidade do solo. Segundo a taxonomia

proposta por Oke (2006), a rea de interesse deste estudo pode ser

classificada como Classe 2: urbana de alta densidade, intensivamente

desenvolvida com edifcios de 2 a 5 andares contguos ou pouco espaados

frequentemente de pedra ou alvenaria.


315

QUALIDADE DO AR NA CAMADA LIMITE DE COBERTURA (URBAN

CANOPY LAYER)

A poluio atmosfrica pode ter origem natural (incndios florestais,

erupes vulcnicas, tempestades de areia) ou ser ocasionada pela ao

humana, Seja qual for sua origem, os poluentes so substncias que, sob

certas condies, podem ser nocivos a seres humanos, vida animal e vegetal,

microorganismos ou aos materiais, ou que podem interferir na qualidade de

vida ou usufruto de edifcios e paisagens (OKE, 1978).

No ambiente urbano, o fluxo do vento (e, consequentemente, as

condies para difuso e mistura verticais e horizontais) afetado pela

presena de edifcios, vegetao e outras caractersticas. Os efeitos

cumulativos da convergncia de mltiplas fontes de poluentes e a existncia de

reas de estagnao podem levar formao de locais de concentrao de

poluio que fogem s medies de poluentes em mesoescala, sendo a

dimenso vertical da disperso de poluentes frequentemente ignorada (WANG

et al., 2008)

Monxido de nitrognio (NO), dixido de enxofre (SO2) e monxido de

carbono (CO), originrios da queima de combustveis, so considerados

poluentes primrios, enquanto oznio (O3) e dixido de nitrognio (NO2) se

formam na atmosfera a partir de reaes qumicas envolvendo substncias

precursoras sob os efeitos da radiao solar5. Materiais particulados se

originam da combusto do leo diesel, desgaste dos pneus e freios de

veculos, alm de processos naturais e fabris.

Quanto ao efeito desses gases sade humana, o dixido de enxofre

est relacionado a doenas respiratrias e chuva cida; o monxido de

carbono resultado da combusto incompleta extremamente txico e

causa mortes por asfixia; o oznio, na baixa atmosfera, gerado em uma

reao fotoqumica envolvendo xidos de nitrognio, monxido de carbono e

hidrocarbonetos, sendo um gs irritante e oxidante tambm associado a

doenas respiratrias. Material particulado menor do que 10m pode ser


316

inalado e est associado a asma, problemas cardiovasculares, cncer de

pulmo e mortes prematuras.

O monxido de nitrognio (NO) uma substncia envolvida em vrios

processos patolgicos e fisiolgicos em mamferos, tanto benficos como

prejudiciais, e pode se tornar txico em altas concentraes; na atmosfera,

essa substncia se combina rapidamente com oznio livre, gerando NO2

(substncia txica se inalada e causadora de baixa visibilidade) e O2.

Enquanto as normas nacionais de qualidade do ar estabelecem valores

mximos para a concentrao de dixido de nitrognio (NO2), as normas de

emisso de poluentes por veculos automotores regulam as emisses de

xidos de nitrognio totais, NOx (BRASIL, 1993 e 2002; IAP, 2009). Optou-se,

desta forma, pelos xidos de nitrognio (NOx) como substncia foco deste

estudo. A determinao da razo NO2/NOx, entretanto, supera a capacidade do

ENVI-met. Geralmente se adota o valor de 5% para essa razo. No entanto,

medies ao longo de estradas de trfego intenso e em reas urbanas na

regio de Baden-Wrttemberg (Alemanha) mostraram que essa razo pode

atingir 25% (KESSLER; NIEDERAU; SCHOLZ, 2006), podendo-se adotar este

valor como referncia para o presente estudo.

A legislao brasileira sobre qualidade do ar6 define dois padres para a

concentrao de poluentes. O padro primrio o limite legal superior para a

presena de contaminantes para a salvaguarda da sade pblica, mas no

leva em considerao as necessidades da fauna e flora. O padro secundrio

representa o limite corrente abaixo do qual ocorrem poucos danos sade

pblica, vida animal e vegetal, materiais e meio-ambiente (IAP, 2009)

5 Para uma explicao mais completa desses processos, ver Oke (1978).

6 No Brasil, a qualidade do ar regulamentada pelas Resolues IBAMA no. 348/1990, CONAMA 03/90. No Paran, a Resoluo SEMA 054/2006 replica os padres nacionais.


317

TABELA 2 PADRES PRIMRIOS E SECUNDRIOS DE POLUENTES ATMOSFRICOS NO PARAN (ADAPTADO DE IAP, 2009)

Substncia Tempo de amostragem

Padro primrio (g/m

3)

Padro secundrio

(g/m3)

Material Particulado (MP10) 24 h 150 150

SO2 24 h 365 100

CO 24 h 40.000 40.000

O3 1 h 160 160

NO2 1 h 320 190

MONITORAMENTO DA QUALIDADE DO AR EM CURITIBA

Danni-Oliveira (2003) estudou a influncia dos aspectos geo-ambientais

e dos atributos urbanos na disperso de poluentes no inverno atravs da

anlise de amostras coletadas entre 1996 e 1998. Amostras foram coletadas

em reas representativas de diferentes estruturas urbanas: rea central de alta

densidade, reas residenciais e reas rurais. Apesar de se prender a somente

uma estao, o estudo mostrou claramente a influncia da urbanizao e do

uso do solo nas concentraes das substncias analisadas.

A qualidade do ar na Regio Metropolitana de Curitiba (RMC)

atualmente monitorada pelo IAP (Instituto Ambiental do Paran) em treze

estaes de coleta, uma delas nas proximidades da Praa Rui Barbosa, rea

central de Curitiba. Em 2008, a qualidade do ar na cidade foi

predominantemente boa, com algumas instncias de concentraes altas de

NO2 e O3 nessa estao (IAP 2009).

PROCEDIMENTOS DE SIMULAO

A ferramenta de simulao microclimtica ENVI-met foi usada para o

estudo dos fenmenos climticos em micro e topoescala em duas ruas na rea

central de Curitiba. Dados concatenados de plantas da cidade, fotos de satlite

e inspees visuais foram utilizados para a construo do modelo; dados

climticos registrados ao nvel do pedestre foram utilizados para a calibragem


318

e aferio do modelo. Os efeitos das tipologias construtivas, reas verdes e

arborizao tambm foram levados em considerao.

O ENVI-met uma ferramenta de simulao microclimtica projetada

para avaliar as interaes entre plantas, superfcies e o ar em escalas

espaciais de 0,5 a 10m e escala temporal de 10s, e est em desenvolvimento

contnuo. Segundo Bruse (2009), o modelo capaz de lidar com os aspectos

de fluxo de ar em torno de e entre edifcios, turbulncia e disperso de

partculas e substncias, de interesse para o presente estudo. Optou-se por

esse modelo por tratar-se de uma ferramenta gratuita (freeware).

Como exemplos de aplicao do modelo: Ali-Toudert (2005) revisou em

profundidade o modelo matemtico por trs do ENVI-met em suas simulaes

de cnions urbanos em clima quente e seco. Spangenberg et al. (2008)

analisaram a influncia da vegetao no conforto trmico na cidade de So

Paulo, atravs de medies in loco e simulaes. Dados de temperatura

coletados ao nvel da rua (1m acima do solo) foram usados para verificar a

acuidade do modelo. Apesar da crescente adoo deste modelo e sua

facilidade de uso, ainda h carncia de estudos que confrontam medies em

campo e resultados da simulao.

Discute-se inicialmente o procedimento de calibrao do modelo de

simulao a partir de dados de vento coletados ao longo das medies de

campo descritas em 3.1. Como varivel para comparaes, adotou-se a

velocidade mdia de vento (medida versus simulada) medida nos diversos

pontos monitorados.

Em seguida, enfocado o estudo da disperso de xidos de nitrognio

NO2 provenientes do escape de veculos, por meio de simulaes a partir das

funes de disperso de poluentes, presentes no ENVI-met. Os resultados de

trs diferentes cenrios de simulao estagnao, ventos oriundos do norte e

leste so analisados e discutidos, em comparao com os padres nacionais

de qualidade do ar.


319

MODELAGEM DA REGIO DE INTERESSE

Um trecho de 1440m600m da regio central de Curitiba foi modelado a

partir das plantas cadastrais da PMC, fotografias de satlite e inspeo visual

da rea de interesse. Utilizou-se o software Eddi, um editor de modelo

dedicado includo no pacote ENVI-met.

Plantas de loteamento cobrindo 70 quadras no entorno da rea

monitorada foram impressas na escala de 1:2000; cada setor foi percorrido a

p e o nmero de andares de cada edificao foi contado visualmente.

Aproximaes foram necessrias devido s diferenas de idade das

edificaes existentes e foi adotado 3m como altura padro entre pisos. Como

o ENVI-met permite um grid com at 30 unidades na vertical, edifcios com

mais de 25 pavimentos foram modelados com 75 metros de altura (25

unidades) para garantir espao livre suficiente no topo do modelo. reas

gramadas e pavimentadas tambm foram includas, bem como massas de

rvores.

Para a simulao da disperso de poluentes, so necessrios dados

adicionais acerca do volume de trfego, distribuio horria de trfego,

composio da frota, taxas de emisso das substncias de interesse (por

veculo). Os dados climticos so entrados em um arquivo de configurao

(.CF) temperatura, velocidade e direo do vento e outros parmetros.

Estudos sobre o perfil de trfego em reas urbanas so

inesperadamente raros. Apesar de ser um aspecto importante para as

questes de disperso de poluentes, muito do que se publica sobre

distribuio horria de trfego vem do campo da acstica, como o estudo de

Mansouri, Pourmahabadian e Ghamsekani (2006) sobre o rudo de trfego em

reas centrais de Teer. Um mtodo indireto para a determinao dos perfis

dirios de trfego foi adotado, utilizando-se dados histricos de presso sonora

(BORTOLI, 2002), modelos de predio de rudo de trfego (CALIXTO, 2002) e

perodos curtos de contagem de veculos. O trfego de motocicletas, veculos

leves e pesados foi contado visualmente no horrio de pico (17 s 19h), em


320

trs cruzamentos, por perodos de 15min e os resultados extrapolados para

uma hora, em acordo com orientaes do DER.

Para a converso de nveis de rudo em volumes de trfego (em

veculos/hora, necessrio para a estimativa de emisses), foi utilizado o

modelo de Calixto (2002) para predio de rudo de trfego (Equao 2) 7

:

Leq 7.7 log[ I (1 0.095 VP)] 43

Equao 2

Sendo Leq o nvel de rudo equivalente, I a intensidade de trfego (em

veculos/hora), e VP a porcentagem de veculos pesados. Com o uso desse

modelo, um padro horrio de trfego e um fator de ajuste horrio de emisses

puderam ser estimados.

Diferentes domnios (de 240x100 a 40x40 unidades) e resolues

(6x6x3m e 3x3x3m) foram avaliados para se determinar o ajuste timo

(chegando-se a um equilbrio adequado entre grau de complexidade de modelo

e tempo de processamento). As vrias verses do modelo foram executadas

usando-se os mesmos dados de entrada e os resultados foram comparados

entre si. A verso 3.1 beta 4 do ENVI-met, rodando no MS Windows Vista, foi

utilizada em todas simulaes. Um domnio de modelo com 230x60 unidades

de 6x6x3m foi finalmente selecionado, uma vez que resolues mais altas e

domnios mais amplos no aumentaram a acuidade do modelo.

7 Calixto prope uma equao mais simples que no leva em considerao a porcentagem de

veculos pesados:

Leq 9.5 log(I) 41.4


321

FIGURA 5 COMPARAO ENTRE OS DOMNIOS DE MODELO

CALIBRAO DO MODELO

Grande parte das tentativas de verificao da acuidade do modelo

ENVI-met concentra-se nas temperaturas do ar (SPANGENBERG et al., 2008;

HEDQUIST et al., 2009). No caso presente, uma vez que o estudo se refere

disperso de poluentes no nvel da rua, a velocidade mdia de vento medida a

2,1m de altura foi selecionada como varivel de interesse. Devido natureza

turbulenta do fluxo de vento dentro da RSL, a direo do vento nesta altura foi

ignorada.

Receptores virtuais foram incorporados ao modelo em locais

correspondentes aos pontos de medio. A velocidade do vento simulada a

2,1m de altura em cada receptor no final da hora simulada foi ento

comparada com a velocidade mdia medida. A verificao e ajuste do modelo

foram feitos ao longo de mltiplas iteraes, alterando-se a geometria do

modelo, incluindo-se vegetao e realizando-se ajustes nos parmetros de

entrada.

Assumiu-se que direo do vento da rea central de Curitiba semelhante

registrada na estao meteorolgica padro (INMET), ignorando quaisquer

efeitos em mesoescala das estruturas urbanas. A velocidade de vento a 10 m

acima do solo (altura padro de medio, segundo a WMO) utilizada como

entrada no ENVI-met. Os primeiros resultados obtidos entrando-se os dados


322

horrios de vento medidos na estao do INMET, sem ajustes no

corresponderam s medies em campo. A Equao 3 foi utilizada para ajustar

o perfil logartmico de vento para um contexto urbano (ALLARD,

SANTAMOURIS 1998, p. 90).

U1

U0K Z1

a Equao 3

Sendo U0 velocidade mdia de vento na estao meteorolgica, U1

velocidade de vento no ponto de interesse, Z1 altura da medio (10 m), e K

e a so coeficientes de ajuste com valores de 0,21 e 0,33 para ambientes

urbanos, respectivamente.

Velocidades mdias horrias medidas no INMET foram ajustadas por

meio dessa equao e usadas ento como dado de entrada para as

simulaes. Constatou-se que o modelo ENVI-met tende a superestimar a

velocidade de vento dentro do cnion quando a velocidade de entrada maior

do que 2 m/s (Grfico 4a). Para velocidades de vento abaixo de 2 m/s, houve

forte convergncia entre os valores previstos pelo modelo ENVI-met e as

medies in loco (Grfico 4b). A tabela 3, abaixo, resume os dados de entrada

utilizados na fase de calibrao do modelo.

GRFICO 4 COMPARAO ENTRE VELOCIDADES MDIAS DE VENTO MEDIDAS E PREVISTAS COM O MODELO ENVI-MET: (A) VELOCIDADE DE ENTRADA MAIOR E MENOR QUE 2 M/S; (B) SOMENTE VELOCIDADE DE ENTRADA MENOR QUE 2M/S


323

TABELA 3 PARMETROS DE ENTRADA NO MODELO ENVI-MET (ETAPA DE CALIBRAO)

Ponto Data Hora UR (%)

Temperatura inicial da atmosfera

(K)

Umidade especfica

(g/kg)

@ 10m (INMET)*

Azimute

P3 25.03.09 11h00 61% 279,8 5,22 1,39 94

P3 25.03.09 12h00 55% 279,8 5,22 1,48 64

P3 25.03.09 13h00 53% 279,8 5,22 1,84 86

P3 25.03.09 14h00 51% 279,8 5,22 1,62 85

P10 25.03.09 11h00 61% 279,8 5,22 1,39 94

P10 25.03.09 12h00 55% 279,8 5,22 1,48 64

P10 25.03.09 13h00 53% 279,8 5,22 1,84 86

P10 25.03.09 14h00 51% 279,8 5,22 1,62 85

P3 19.06.09 11h00 68% 286,4 0,24 1,08 20

P3 19.06.09 12h00 60% 286,4 0,24 1,03 24

P3 19.06.09 13h00 56% 286,4 0,24 0,49 37

P3 19.06.09 14h00 54% 286,4 0,24 1,08 44

P3 19.06.09 15h00 53% 286,4 0,24 0,81 14

P7 19.06.09 11h00 68% 286,4 0,24 1,08 20

P7 19.06.09 12h00 60% 286,4 0,24 1,03 24

P7 19.06.09 13h00 56% 286,4 0,24 0,49 37

P7 19.06.09 14h00 54% 286,4 0,24 1,08 44

P7 19.06.09 15h00 53% 286,4 0,24 0,81 14

P2 17.06.09 11h00 65% 278,2 2,57 1,53 319

P2 17.06.09 12h00 60% 278,2 2,57 1,75 328

P2 17.06.09 13h00 59% 278,2 2,57 1,62 310

P2 17.06.09 14h00 54% 278,2 2,57 2,24 316

P2 17.06.09 15h00 51% 278,2 2,57 2,34 299

P6 17.06.09 11h00 65% 278,2 2,57 1,53 319

P6 17.06.09 12h00 60% 278,2 2,57 1,75 328

P6 17.06.09 13h00 59% 278,2 2,57 1,62 310

P6 17.06.09 14h00 54% 278,2 2,57 2,24 316

P6 17.06.09 15h00 51% 278,2 2,57 2,34 299

*Dados horrios ajustados usando-se a Equao 3

** Medies em campo, nos pontos indicados


324

RESULTADOS ESTUDO 2

MODELAGEM DA DISPERSO DE POLUENTES

Em 2008, episdios de alta concentrao de NO2 foram registrados na

rea central de Curitiba (IAP, 2009), uma rea de trfego intenso de veculos

pesados (nibus). O modelo ENVI-met exige que dados das fontes de

poluentes (taxa de emisso, tipo de substncia, tamanho da partcula) sejam

includos no arquivo SOURCES.DAT. Fontes pontuais, lineares ou de rea podem

ser modeladas, e as taxas de emisso devem ser ajustadas adequadamente8.

Como informaes detalhadas do volume de trfego para a regio

central de Curitiba no estavam disponveis, um mtodo indireto para a

determinao dos perfis dirios de trfego foi adotado, a partir de dados

histricos de presso sonora (BORTOLI, 2002), modelos de predio de rudo

de trfego (CALIXTO, 2002) e perodos curtos de contagem de veculos. O

trfego de motocicletas, veculos leves e pesados foi contado visualmente no

horrio de pico (17 s 19h), em trs esquinas, por perodos de 15min e os

resultados extrapolados para uma hora, em acordo com orientaes do DER.

A partir das contagens, o trfego mdio verificado por pista, em

veculos/hora, foi de 58,3 (motocicletas), 10,6 (veculos leves a Diesel), 443,3

(demais veculos leves) e 14,2 (veculos pesados a diesel), com um total geral

de 526,4 veculos/hora por faixa9. A porcentagem de veculos pesados no

perodo de contagem foi 2,70%.

O programa nacional de controle de emisses veiculares, Proconve,

prev limites progressivamente menores de emisses para uma mesma

substncia (BRASIL, 1993 e 2002). Conforme o DETRAN-PR, a mdia de

idade dos veculos registrados em Curitiba de 10,49 anos (BERTOTTI, 2009);

8 Para fontes lineares, as taxas de emisso devem ser entradas em mg/m.s. Fontes pontuais exigem taxas de emisso em mg/s e mg/s.m

2, respectivamente.

9 As principais ruas do modelo tm 3 ou 4 faixas. O trfego efetivo nessas ruas 1579 veculos/hora (trs faixas) e 2105 veculos/hora (para quatro faixas). O ENVI-met aceita um nico valor para a taxa da emisso; assim, adicionar fontes de poluentes conforme o nmero de faixas permite maior flexibilidade na construo do modelo.


325

como uma soluo de compromisso, os limites superiores definidos pelo

CONAMA de emisso de poluentes para maio de 2003 (BRASIL, 1993 e 2002)

foram adotados para motocicletas e veculos leves - ou seja, em razo da

idade dos veculos em Curitiba, assumiu-se que todos os veculos leves e

motocicletas esto atingindo o limite de emisses de NOx permitidas pela

norma.

Quanto s taxas de emisso para veculos pesados, a Resoluo

CONAMA no estabelece relaes entre emisses e distncia percorrida10

, o

que dificulta a estimativa dessa varivel. Rabl (2002) estudou as emisses de

NOx para veculos pesados na Europa, e adotou-se esse valor para a emisso

de NOx, compatvel com os limites da norma brasileira. A Tabela 4 resume os

valores adotados para as emisses de NOx para fins de simulao. A taxa de

emisso composta, expressa em mg/m.s, o somatrio das taxas de emisso

por veculo multiplicadas pelo volume de trfego de cada categoria de veculo,

dividida por 3600 para se obter a taxa de emisso por segundo, exigida pelo

modelo ENVI-met.

TABELA 4 - EMISSES DE NOX PARA MOTOCICLETAS, VECULOS LEVES E VECULOS PESADOS, POR VECULO

E (mg/m)

Substncia Motocicletas Veculos leves Veculos pesados

NOx 0.18* 0.25 / 1.40** 21.11***

*motores at 151cc (Brasil, 2002)

**Veculos leves a Diesel (Brasil, 1993)

***Rabl (2002)

10

A Resoluo CONAMA 297/2002 estabelece limites de emisso de poluentes em g/km (numericamente igual ao valor em mg/m) para os veculos leves e motocicletas. Supe-se que esses valores se apliquem a veculos novos em condies de uso mdio (combinado rodovia e urbano). Considerando condies de congestionamento e o prprio desgaste do motor, assumiu-se um cenrio de "pior caso" usando o limite superior da referida Resoluo (BRASIL, 2002). Para os veculos pesados, so definidos limites de emisso por kWh de combustvel consumido um valor dependente da potncia do veculo, da capacidade calorfica do leo diesel e da proporo de compostos de nitrognio no combustvel; adotou-se o valor aferido por Rabl (2002) por entend-lo como uma sntese de todos esses fatores.


326

Padres dirios de trfego foram extrapolados usando-se os dados

histricos de presso sonora11

nas ruas de Curitiba (BORTOLI 2002), atravs

da Equao 2, e contagem de veculos no perodo de pico, entre 17h e 19h. A

taxa composta de emisso (0,1211 mg/m.s) foi multiplicada pelo fator de ajuste

de emisso (Tabela 5) e os valores para XNOX (taxa de emisso horria de

NOx) foram incorporados ao arquivo SOURCES.DAT.

TABELA 5 - PERFIL HORRIO DE TRFEGO PARA A REA CENTRAL DE CURITIBA E TAXAS DE EMISSO DE NOX

Hora Presso sonora (dB(A))

Porcentagem do trfego mdio

Fator de ajuste de emisso

XNOX (mg/ms)

15h00 65.0 74% 0.74 0.0898

16h00 65.0 74% 0.74 0.0898

17h00 65.0 100% 1.00 0.1211

18h00 66.0 100% 1.00 0.1211

19h00 66.0 100% 1.00 0.1211

20h00 64.5 64% 0.64 0.0773

21h00 63.0 41% 0.41 0.0494

Quatro cenrios de simulao foram executados: os cenrios 1 e 2

correspondem a condies de vento mnimo (0,30 m/s). Os cenrios 2 e 3

correspondem a condies de vento de norte aproximadamente

perpendicular s ruas estudadas e leste aproximadamente paralelo s ruas

, respectivamente. Os parmetros de entrada esto resumidos na Tabela 6;

os demais parmetros foram mantidos em seus valores padro. Optou-se pela

simulao para o ms de maro, prximo ao equincio de outono, de modo a

se reduzir a influncia da variao anual do ngulo de incidncia solar. A

velocidade de vento para os cenrios 2 e 3 foi 1,36 m/s, ajustada de mdias

histricas de 3,1 m/s para o ms de maro (LAMBERTS et al., 1998). O

11

O estudo de Bortoli incluiu dados de uma estao de monitoramento de presso sonora cerca de 500m ao sul do domnio do modelo, na rea central de Curitiba.


327

perodo de cada simulao foi de 6h, iniciando-se s 15h; as simulaes

mostraram que s 19h atinge-se a mxima concentrao de NOx. Os valores

de concentrao a 2,1m de altura foram plotados na Figura 6, juntamente com

os histogramas de concentrao (ao longo de todo o domnio de modelo).

TABELA 6 PARMETROS DE ENTRADA UTILIZADOS NOS TRS CENRIOS DE SIMULAO

Cenrio @ 10m

(m/s) Azimute

UR (%)

Temperatura inicial da

atmosfera (K)

Umidade especfica

(g/kg)

1. Norte mnimo

0,30 0 60% 284,5 8,67

2. Leste mnimo

0,30 90 60% 284,5 8,67

2. Norte mdio

1,36 0 60% 284,5 8,67

3. Leste mdio

1,36 90 60% 284,5 8,67

As simulaes mostraram diferenas significativas entre os cenrios de

vento mnimo e aqueles de vento mdio (Figura 6). A disperso de NOx foi de

maneira geral melhor com ventos oriundos de norte do que com ventos

oriundos de leste, como pode ser visto nos histogramas. A incidncia de ventos

aproximadamente perpendiculares ao cnion urbano da Rua XV de Novembro

parece favorecer a disperso dos poluentes, enquanto os ventos de leste,

aproximadamente paralelos ao cnion, so menos eficientes em misturar e

dispersar os poluentes, distribuindo-os ao longo do cnion.


328

FIGURA 6 MAPAS E HISTOGRAMAS DE CONCENTRAO DE NOX A 2,1M ACIMA DO CHO, 19H: (A) CENRIO 1; (B) CENRIO 2; (C) CENRIO 3 (D) CENRIO 4 (E) LEGENDA

No cnion da Rua XV de Novembro, concentraes de NOx simuladas

sob vento norte mdio ficaram abaixo de 30g/m3 ao longo da maior parte da

rua; no cenrio de vento leste mdio, a concentrao de NOx simulada foi

ligeiramente maior, entre 40 e 60 g/m3 na maior parte da rua.. Concentraes

do poluente na Av. Mal. Deodoro foram consideravelmente maiores. As piores


329

condies foram encontradas no Cenrio 2, sob condies de vento leste

mnimo, com concentrao de NOx acima de 400 g/m3 na maior parte do

cnion e pico de 646 g/m3; novamente, ventos de norte favoreceram a

disperso de poluentes, com concentraes abaixo de 120 g/m3 no Cenrio 3

ao longo da maior parte da rua (exceto alguns hotspots) e dentro da faixa de

60 a 210 g/m3 virtualmente ao longo de todo o cnion no Cenrio 4.Como

discutido anteriormente, o modelo ENVI-met no capaz de determinar a

razo NO2/NOx, mas a alta concentrao das substncias precursoras oferece

pistas para potenciais locais de concentrao do poluente. O estudo de

Kessler et al. (2006) mostrou evidncias do crescimento da razo NO2/NOx em

reas urbanas, de 5% (em 1995) para 25%. No cenrio 2, se a maior taxa de

25% - adotada, as concentraes de NO2 originrias do trfego de veculos

podem atingir 161 g/m3 muito prximo do limite definido para o padro

secundrio de qualidade do ar. Porm, estudos recentes demonstram que,

mesmo variaes relativamente pequenas da concentrao desta substncia

(da ordem de uma dezena de g/m3), j causam impactos mensurveis sobre

a sade da populao (IAP 2009; DANNI-OLIVEIRA 2008). Determinar a razo

NO2/NOx permitiria melhor interpretao desses resultados.

Limitaes do modelo

Quatro limitaes do modelo ENVI-met ficaram aparentes durante esse

estudo:

- A acuidade do modelo, quanto velocidade do vento intra-cnion,

reduzida quando a velocidade do vento a 10 m (parmetro de entrada) est

acima de 2 /ms;

- No possvel incluir valores de fundo para a concentrao de

substncias; valores simulados representam somente as substncias oriundas

das fontes presentes no domnio de modelo;

- Apenas uma substncia pode ser simulada por vez, exigindo

execues sucessivas para diferentes substncias;


330

- Finalmente, os perfis de rvores e vegetao includos no pacote de

software podem no representar corretamente as espcies locais.

CONSIDERAES FINAIS

O presente estudo buscou o entendimento de impactos microclimticos

do desenho urbano, apresentando dois estudos na rea central de Curitiba.

Nas anlises dos nveis de conforto trmico verificou-se que, em dias

com temperaturas mais elevadas, pontos com menor obstruo da abbada

celeste, ou seja, com maior valor de FVC, acarretam em maior desconforto por

calor. No entanto, estes mesmos pontos podem apresentar melhor situao de

conforto em dias com temperaturas mais baixas. A anlise da diferena da T

obtida in loco pela T registrada pela estao meteorolgica de referncia

(INMET) permitiu a verificao de ilhas de calor em dias com temperaturas

mais elevadas e ilhas de frescor em dias com temperaturas mais baixas nos

locais monitorados. No entanto, a anlise de regresso linear simples, para o

FVC e a ilha de calor, apontou para uma correlao nula. J a anlise de

regresso linear para as diferenas de temperatura (Trm-T) apresentou maior

coeficiente de determinao. As anlises ainda demonstram que, devido

influncia de outros parmetros climticos, o FVC no necessariamente

determinante para a sensao de conforto trmico no perodo diurno. Porm,

quando considerado somente o FVC (agrupamento de dados de Trm-T em

pontos que foram monitorados mais de uma vez), independente de outras

condicionantes, percebe-se que a correlao relativamente alta (R = 0,75).

A Trm possui relao direta com a quantidade de radiao solar

incidente, o que demonstra a importncia do desenho urbano para a

determinao dos nveis de conforto. Na anlise da carta solar, foi possvel

verificar uma limitao do FVC, pois este parmetro quantifica a rea de cu

disponvel, no havendo relao direta com a questo do acesso solar. Assim,

a radiao solar pode atingir de maneiras distintas pontos com valores de FVC

semelhantes. Cabe ressaltar a influncia da radiao difusa relacionada

contribuio da abbada celeste, na determinao dos valores de Trm.


331

Deve-se observar que enquanto a maioria das cidades apresenta maior

desconforto por calor, para a cidade de Curitiba faz-se necessrio considerar

medidas de conforto visando diminuir o desconforto por frio. Desta maneira,

no tocante ao conforto trmico das ruas pedonais de Curitiba, deve-se levar

em conta que cnions com maiores valores de FVCs tero mais acesso solar

e, portanto, temperaturas mais confortveis do que espaos com restrio

quantidade de cu visvel. Alm do fato da forma dos cnions influenciarem

nos fluxos de vento, o qual est diretamente relacionado sensao trmica

dos transeuntes.

No segundo estudo apresentado, um mtodo para a simulao de

disperso de poluentes em uma rea urbana de alta densidade utilizando-se o

modelo ENVI-met foi explorado. Uma seo do centro de Curitiba foi

modelada, usando-se informaes disponveis plantas de loteamento e fotos

de satlite e levantamento visual.

Constatou-se que, quando dados de vento representativos obtidos

dentro da zona urbana no so disponveis, medies de vento a partir de

estaes meteorolgicas oficiais (no caso, do INMET) podem ser utilizadas

desde que se tome o cuidado de ajustar os dados de entrada, em funo das

diferenas de rugosidade do terreno. Isso sugere que possvel utilizar o

modelo para prever condies dentro do cnion urbano a partir de dados

climticos padronizados.

Os resultados das simulaes quanto disperso de NOx resultaram

que as concentraes de NOx foram significativamente mais altas no cenrio

de estagnao; os cenrios de ventos de norte apresentaram disperso de

NOx marginalmente melhor que os cenrios de ventos de leste.

Apesar de suas limitaes, o ENVI-met se mostrou uma ferramenta

vivel para o estudo de fluxo de ar e disperso de poluentes em contextos

urbanos altamente complexos; o fluxo de trabalho apresentado nesse artigo

pode ser facilmente adaptado para a simulao de disperso de outras

substncias, tais como o SO2 e material particulado. A partir desse cenrio

base, diferentes geometrias diferentes polticas de zoneamento e uso do


332

solo, por exemplo e solues alternativas de trfego tambm podem ser

exploradas. A anlise detalhada dos resultados da simulao pode indicar

pontos problemticos em potencial e sua relao com a morfologia urbana e

caractersticas climticas locais.

REFERNCIAS

ABNT Associao Brasileira de normas tcnicas. Projeto de norma 02:136.01.001 Desempenho de edifcios habitacionais de at cinco pavimentos Parte 3, 2004.

ALI-TOUDERT, F. Dependence of Outdoor Thermal Comfort on Street

Design in Hot and Dry Climate. 2005. 206f. Tese (Meteorologischen Institutes der Universitt Freiburg) Universitt Freiburg, Freiburg, 2005. Disponvel em: . Acesso em: 01 ago. 2009.

ALLARD, F.; SANTAMOURIS, M. (Ed.). Natural Ventilation in Buildings. Londres: James & James, 1998.

Associao Comercial do Paran. Calado da XV vai brilhar de novo. Curitiba, nov. de 2007. Disponvel em: . Acesso em: 20/01/2009.

BERTOTTI, J. N. 40% dos veculos de Curitiba tm mais de 10 anos. Gazeta

do Povo, Curitiba, 9 de Julho 2009.

BORTOLI, P. S. Anlise da poluio sonora urbana em zoneamentos

distintos da cidade de Curitiba. Dissertao (mestrado). Programa de Ps-Graduao em Tecnologia, Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Curitiba, 2002. Disponvel em: < http://www.ppgte.ct.utfpr.edu.br/dissertacoes/2002/bortoli.pdf>. Acesso em 16/09/2009.

BRASIL. Conselho Nacional do Meio Ambiente. Resoluo CONAMA no. 297/2002, 26

th of February 2002. Estabelece os limites para emisses de


333

gases poluentes por ciclomotores, motociclos e veculos similares novos.

Dirio Oficial [da] Repblica Federativa do Brasil. Braslia, 2002.

BRASIL. Lei Federal no. 8723, 28th of October 1993. Dispe sobre a reduo de emisso de poluentes por veculos automotores e d outras providncias.

Dirio Oficial [da] Repblica Federativa do Brasil. Braslia, 1993.

BRUSE, M. ENVI-met website. . Acesso em 11/2009.

CALIXTO, A. O rudo gerado pelo trfego de veculos em rodovias-grandes avenidas situadas dentro do permetro urbano de Curitiba, analisado sob parmetros acsticos objetivos e seu impacto ambiental. Dissertao (mestrado). Curso de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica, Universidade Federal do Paran, Curitiba, 2002. Disponvel em: < http://www.pgmec.ufpr.br/dissertacoes/dissertacao_002.pdf>. Acesso em 12/02/2010.

CAMPBELL, S. Application Note: Weather Station Siting and Installation Tools. 1997.

CHAPMAN, L. et al. Potential applications of thermal fisheye imagery in urban

environments. Geoscience and Remote Sensing Letters. IEEE Geoscience

and Remote Sensing Letters, v.4, n. 1, p. 56-59, 2007.

CHAPMAN, L. Towards a tree-view factor. Why do urban climatologists dislike

trees? IAUC Newsletter, v. 25, p. 4-6, 2007.

CHAPMAN, L.; THORNES, J. E. Real-time sky-view factor calculation and

approximation. J. Atmos. Oceanic. Technol., v. 21, n.5, p. 730-742, 2004.

CHAPMAN, L.; THORNES, J. E.; BRADLEY, A. V. Rapid determination of

canyon geometry parameters for use surface radiation budgets. Theoretical

Appl. Climatol., v. 69, n.1-2, p. 81-89, 2001.

CORREA, E. N. et al . Evaluacin del factor de visin de cielo a partir del procesamiento digital de imgenes hemiesfricas. Influencia de la

configuracin del cann urbano en la disponibilidad del recurso solar. Avances

en Energas Renovables y Medio Ambiente, v.9, p. 43-48, 2005.


334

DANNI-OLIVEIRA, I. M. A Cidade de Curitiba e a Poluio do Ar: Implicaes de seus atributos urbanos e geoecolgicos na disperso de poluentes em

perodo de inverno. In: MONTEIRO, C. A. F.; MENDONA, F. Clima Urbano. So Paulo: Contexto, 2003.

DANNI-OLIVEIRA, I. M. A Poluio do Ar como Causa de Morbidade e

Mortalidade da Populao Urbana. Revista Ra E Ga, Curitiba, n. 15, p.113-126. 2008.

ELIASSON, Ingegrd. Urban Nocturnal Temperatures, Street Geometry and

Land Use. Atmos. Environ. , v. 30, p. 379-392, 1996.

HAN, S.; MUN, S.; HUH, J. (2007). Changes of the micro-climate and building cooling load due to the green effect of a restored stream in Seoul, Korea. In: 10th International Building Performance Simulation Association Conference

and Exhibition, 2007, Beijing, China. Proceedings... Beijing, China: IBPSA.

HEDQUIST, B. C. BRAZEL, A. J. DI SABATINO, S. CARTER, W. FERNANDO, H. J. S. Phoenix Urban Heat Island Experiment: Micrometeorological Aspects. In: Eigth Symposium on the Urban Environment. 89th American Meteorological

Society Annual Meeting, Phoenix (2009). Joint Session 12, Disponvel em from:

IBGE. Cidades. Disponvel em: . Acesso em: 21 jun. 2009.

INSTITUTO AMBIENTAL DO PARAN (IAP). Relatrio Qualidade do Ar na

Regio Metropolitana de Curitiba, Ano de 2008. Paran, 2009.

INSTITUTO DE PESQUISA E PLANEJAMENTO URBANO DE CURITIBA

(IPPUC). Website. . Acesso em 11/ 2009.

ISO 7726 Ergonomics of the Thermal Environment: Instruments of measuring physycal quantities. ISO, 1998.

ISO 8896 Ergonomics of the Thermal Environment: Determination of metabolic rate. Suia: ISO, 2004.


335

JOHNSON, G. T.; WATSON, I. D. The determination of view-factors in urban

canyons. Journal of Applied Climate and Meteorology, v. 23. p. 329-335, 1984.

KESSLER, C. NIEDERAU, A. SCHOLZ, W. Estimation of NO2/NOx relations of traffic emissions in Baden-Wrttemberg from 1995 to 2005. In: 2nd conf. Environment & Transport, incl. 15th conf. Transport and Air Pollution. Reims,

France, 12-14 June 2006. Proceedings no. 107, Vol. 2, Arceuil, Frana: Inrets, 2006.

LAMBERTS, R. GOULART, S. FIRMINO, S. Dados Climticos Para Projeto e

Avaliao Energtica de Edificaes Para 14 Cidades Brasileiras. Florianpolis: UFSC, 1998.

MANSOURI, N. POURMAHABADIAN, M. GHAMSEKANI, M. Road Traffic

Noise in Downtown Area of Tehran. Iran. J. Environ. Health. Sci. Eng., v. 3, n. 4, p. 267-272. Ir, 2006.

MINELLA, F. O. Avaliao da influncia de aspectos da geometria urbana

sobre nveis de conforto trmico em ruas de pedestres de Curitiba. 2009. 163 f. Dissertao (Mestrado em Programa de Ps Graduao em Tecnologia) UTFPR, 2009.

MONTEIRO, C. A. F. Teoria e Clima Urbano: um projeto e seus caminhos. In:

MONTEIRO, C. A. F.; MENDONA, F. Clima Urbano. So Paulo: Contexto, 2003.

OKE, T. R. Boundary layer climates. Nova York: Methuen, 1978.

OKE, T. R. Initial guidance to obtain representative meteorological

observations at urban sites. Genebra: WMO, 2006.

OKE, T. R. Canyon geometry and the nocturnal urban heat island: comparison

of scale model and field observations. Journal of Climatology, v. 1 p. 237-254, 1981.

RABL, A. Environmental benefits of natural gas for buses. Transportation

Research Part D: Transport and Environment, v. 7, n. 2, 2002.


336

SOUZA, L. C. L. Thermal environment as a parameter for urban planning.

Energy Sustainable Development, v. XI n.4, p. 44-53, 2007.

SOUZA, L. C. L.; RODRIGUES, D. S.; MENDES, J. F. G. Expandindo um SIG-D para aplicao em conforto ambiental em nvel urbano. In: VII Encontro Nacional sobre Conforto no Ambiente Construdo e III Conferncia Latino-Americana sobre Conforto e Desempenho Energtico de Edificaes,8, 2003,

Curitiba. AnaisCuritiba: ANTAC, 2003. p. 669-676.

SPANGENBERG, J. et. al. Simulation of the influence of vegetation on

microclimate and thermal comfort in the city of So Paulo. Revista SBAU, Piracicaba, v. 3 n. 2, Jun. 2008.

SVENSSON, M. K. Sky view factor analysis implications for urban air temperature differences. Meteorol. Appl., v. 11, p. 201211, 2004.

THORSSON, S. et al. Different methods for estimating the mean radiant

temperature in an outdoor urban setting. International Journal of

Climatology. n.27. p.1983-1993, 2007.

UNGER, J. Intra-urban relationship between surface geometry and urban heat

island: review and new approach. Clim Res, v. 27, p. 253264, 2004.

UPMANIS, H.; CHEN, D. Influence of geographical factors and meteorological variables on nocturnal urban park temperature - differences A case study of summer 1995 in Gteborg, Sweden. Clim Res, v. 13, p. 125-139, 1999.

WANG, G.; BOSCH, F. H. M.; KUFFER, M. Modelling Urban Traffic Air Pollution Dispersion. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII, Part B8, 2008.

impactos microclimÁticos do desenho urbano: estudos realizados em curitiba

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