Análise inicial a partir dos dias de céu claro amostrais

O pedestre, situado no centro do cânion simulado, recebe radiação de duas fontes: diretamente do céu e das superfícies adjacentes. Destas fontes, recebe ganhos por radiação de dois tipos: de onda longa (OL) e de onda curta (OC). Troca calor com o meio de duas formas: por convecção, perdendo calor sempre que o ar estiver mais frio que o corpo, e ganhando, caso contrário; e por radiação de OL, em decorrência de da temperatura corporal, que naturalmente, tenta ser mantida estável pelo metabolismo.

No gráfico da Figura 4.29 são mostradas a cada hora, para o cânion L-O da cidade de Maringá-PR, no dia amostral de céu claro de verão, os diferentes componentes de ganho ou perda de calor para o pedestre que irão compor o Índice de Estresse Térmico (ITS). A cidade de Maringá-PR foi escolhida por ser uma das que apresentam efeito nítido sobre o ITS, e por sua posição junto ao Trópico de Capricórnio.

O fluxo radiante oriundo diretamente do céu sobre o pedestre, tanto de OL (𝐼𝑉𝑐é𝑢), quanto a de OC (𝐾𝐺), pode ser limitado pela visão do céu que o pedestre tem

de dentro do cânion, ou seja, é alterado pela forma e orientação do cânion, e ainda, pela nebulosidade, mas não é alterado pelo albedo.

Figura 4.29 – Componentes do fluxo de calor radiante sobre pedestres, comparando cenários de albedo baixo e alto.

A troca por convecção (barras brancas) é alterada pelo albedo, já que depende de três fatores: diferença de temperatura entre o ar e a superfície do corpo (gradiente térmico), umidade do ar e velocidade do vento.

Assim, ao se reduzir (ou aumentar) a temperatura do ar, altera-se o gradiente de temperatura entre o corpo e o ambiente. Porém, como visto no item 4.2 ., a redução na temperatura do ar devido ao albedo é bem mais frequente e intensa que o aumento, mas ainda é de pequena intensidade, logo, a diferença nas trocas de calor por convecção do pedestre devido ao albedo também é pequena.

Além disso, dependendo da direção do vento o cânion pode constituir uma barreira resultando em baixas velocidades do ar dentro do cânion, o que faz com que a perda por convecção não seja muito expressiva nessa condição, independentemente do albedo.

Em outras palavras, o efeito do albedo sobre a convecção é desprezível nas situações em que a velocidade do vento é baixa na base do cânion, e sua contribuição sobre a temperatura do ar não é suficiente para melhorar o conforto térmico ao nível do pedestre. Na condição de baixa velocidade do vento, como visto no item 2.1.6.2., as trocas radiantes assumem um papel dominante no balanço de energia das superfícies e do pedestre.

Portanto, nestas condições, o efeito principal do albedo para o conforto térmico se dá de fato através dos fluxos radiantes oriundos das superfícies adjacentes. Com o aumento do albedo, o pedestre recebe mais radiação de OC refletida das superfícies (barras amarelas), e menos radiação de OL emitida por elas (barras cinzas), já que suas temperaturas se encontram mais baixas devido à menor absorção da radiação refletida resultante do aumento do albedo. É o saldo positivo ou negativo destas duas parcelas de fluxo radiante para o pedestre que determinará a melhora ou piora do conforto térmico resultante do aumento do albedo.

Para ilustrar o efeito do albedo, foram isoladas apenas as componentes de ITS influenciadas por ele, e reunidas em um gráfico para mostrar esses saldos. Na Figura 4.30, são mostrados os resultados horários do dia de céu claro amostral do cânion N-S para uma cidade de cada grupo de latitudes próximas.

As barras mostram a diferença causada pela mudança de albedo em cada componente do ITS, ou seja, o quanto um componente é acrescido ou diminuído pela substituição do AB por AA. O efeito do albedo sobre a Convecção (barras brancas) é tão pequeno que praticamente desaparece no gráfico. As barras amarelas mostram o acréscimo de fluxo radiante de OC refletido sobre o pedestre, e as barras cinzas a redução do fluxo radiante de OL para o pedestre. As barras claras mostram o dia de verão, e as barras escuras, o dia de inverno.

Figura 4.30 – Diferença no fluxo radiante entre os cenários de alto e baixo albedo.

Para todas as latitudes, tanto no verão como no inverno, o aumento do fluxo radiante de OC refletido (barras amarelas) é maior do que a redução do fluxo radiante de OL emitido (barras cinzas), resultando num saldo líquido positivo. Isso significa que o AA acrescenta intensidade ao fluxo radiante que atinge o pedestre, piorando seu conforto térmico em climas ou períodos quentes. O saldo líquido (linhas) representa o incremento de Estresse Térmico devido ao albedo. A linha vermelha mostra o saldo para o dia amostral de verão, enquanto a azul, o do dia de inverno.

Os saldos de inverno são menores quanto maior a latitude, o que indica que uma possível melhoria do conforto térmico do pedestre no inverno devido ao albedo seria pouco efetiva.

Esse resultado de piora do conforto térmico devido ao albedo pode ser explicado pela defasagem de tempo entre o efeito da irradiância refletida e a emitida

sobre o pedestre. O efeito do albedo sobre a irrradiância refletida é um efeito instantâneo no tempo. Já seu efeito sobre a temperatura das superfícies ocorre de forma gradual e cumulativa no tempo.

Há ainda o fato de que parte do benefício de redução da temperatura da superfície é cancelado no interior do cânion, pois as superfícies adjacentes absorvem a radiação refletida pelas demais, aprisionando parte do calor, ao contrário das superfícies em campo aberto, onde a radiação é refletida em direção à atmosfera. Assim, mais radiação é refletida sobre o pedestre, e nem toda a radiação refletida pelas superfícies se converte em redução de temperatura superficial das mesmas, havendo uma perda por reabsorção das reflexões no interior do cânion.

A Figura 4.31 mostra para os dias de céu claro amostrais, o incremento de radiação sobre o pedestre, devido ao albedo, nas horas de pico do incremento. A magnitude do máximo incremento de calor radiante para os dias estudados variou de 20 a 72 W/m², dependendo da estação e orientação do cânion. Os máximos variaram de 20 a 48 W/m² na condição de inverno e de 39 a 72 W/m² na de verão. O fluxo de calor produzido pelo corpo devido ao metabolismo (taxa metabólica menos trabalho) considerado para o cálculo do ITS foi de 70 W/m². Note-se que, no dia de verão amostral, quase todas as cidades apresentam um incremento superior a 50 W/m² devido ao albedo na hora de pico, o que significa um acréscimo de 70% do calor produzido pelo próprio corpo, para ser dissipado pelo pedestre através da transpiração, nas horas mais quentes do dia.

O incremento de Estresse Térmico é geralmente maior na condição de verão do que na de inverno, o que é consistente com maiores valores de irradiância solar neste período.

Volte-se a considerar todas as componentes do ITS para que se possa avaliar o nível de conforto do pedestre. A Figura 4.32 mostra o saldo líquido total de energia radiante (𝑅∗_{) a ser perdido pelo pedestre através da transpiração, e as zonas de}

conforto relativas a cada nível de 𝑅∗_.

Figura 4.32 – Total Líquido de Estresse Térmico e Níveis de Conforto, para as condições dos cânions simulados em Maringá-PR.

Devido ao sombreamento matutino e vespertino, os cânions N-S mostram um perfil típico de maiores fluxos radiantes concentrados em torno do meio dia, enquanto os L-O tem um perfil de valores altos distribuídos ao longo de todo o dia, representando uma condição de maior estresse térmico para o pedestre (Figura 4.32). A intensidade desse efeito varia, é claro, de acordo com a latitude e estação do ano, mas é uma tendência geral.

O incremento de calor radiante devido ao albedo é pequeno se comparado ao total líquido de fluxo radiante sobre o pedestre. No entanto, observando os níveis de conforto térmico, nota-se que adicionar de 40 a 70 W/m² devido ao albedo nas horas mais quentes do dia representa um prejuízo considerável para o pedestre.

Ao correlacionar os fluxos líquidos totais de estresse térmico com os níveis de conforto do ITS, para os dias de céu claro amostrais de todas as cidades, obtém-se a tabela de níveis de conforto hora a hora, que foram calculados em passo horário para o ano todo. A Figura 4.33, mostra os níveis de conforto horário, apenas para os dias amostrais de céu claro de inverno e verão, onde se vê mais claramente o efeito do albedo sobre as classes de conforto/desconforto térmico.

Embora na maioria dos casos o total de horas de desconforto diárias seja o mesmo, nos dias de céu claro de verão com AA há um aumento visível de horas com nível 6, “quente”, que passam para o para nível 7, “muito quente”, especialmente em cidades mais quentes, como por exemplo Imperatriz-MA, Vitória-ES e Campos-RJ.

Para o dia de céu claro de inverno, a variação do total de horas de desconforto e do nível de desconforto não é tão pronunciada, correspondendo aos menores saldos de calor radiante devido ao albedo no período, corroborando a ideia de que o albedo provavelmente seja pouco eficaz na melhora do conforto de regiões frias, sendo, nesses casos, mais promissora a correta orientação do cânion.

A esse respeito, a Figura 4.33 demostra como para essa razão de forma (H/W=1), o cânion orientado no sentido L-O resulta em mais horas de desconforto, e mais horas de nível 7 (muito quente) do que os cânion N-S para o período de verão, representando de maneira geral, em uma condição de mais desconforto térmico para o pedestre, inclusive pela ausência da possibilidade do pedestre escolher entre área sombreadas ou ensolaradas para melhor controle de suas preferências de conforto, uma vez que o cânion L-O geralmente tem seu piso completamente sombreado no inverno, e completamente exposto ao sol no verão.

Figura 4.33 – Níveis de conforto do pedestre para todos os cenários.