Maria Eugenia Fernandes
Universidade Federal de São Carlos - UFSCar
fernandes.me88@gmail.com
Influência da morfologia urbana sobre o conforto térmico humano em um
recorte urbano da cidade de São Carlos-SP
Erico Masiero Universidade Federal de São Carlos - UFSCar
erico@ufscar.br
8º CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO PARA O PLANEAMENTO URBANO,
REGIONAL, INTEGRADO E SUSTENTÁVEL (PLURIS 2018)
Cidades e Territórios - Desenvolvimento, atratividade e novos desafios
Coimbra – Portugal, 24, 25 e 26 de outubro de 2018
INFLUÊNCIA DA MORFOLOGIA URBANA SOBRE A SENSAÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO HUMANO EM UM RECORTE URBANO DA CIDADE
DE SÃO CARLOS-SP M. E. Fernandes e E. Masiero
RESUMO
O planejamento urbano é responsável por promover ambientes confortáveis para o usuário. É necessário que os planejadores adotem estratégias para mitigar os efeitos negativos das mudanças climáticas na escala da cidade. Dessa forma, o objetivo dessa pesquisa é analisar a influência da morfologia urbana no conforto térmico dos usuários de um espaço público aberto. Realizou-se entrevista com o projetista de uma praça pública, para detectar as principais estratégias adotadas para mitigar o desconforto térmico. A área foi classificada conforme recomendado no sistema de Local Climate Zones e calculou-se o índice PET e a sensação térmica dos usuários. Observou – se que 85% dos usuários relataram desconforto por calor no período estudado. A ausência de planos de ações para o arrefecimento do ambiente urbano, somado à baixa conscientização da população sobre problemas climáticos, compromete a implementação de medidas que contribuam para o conforto térmico dos usuários.
1 INTRODUÇÃO
O crescimento das cidades tem acarretado em alterações no equilibrio climático e, consequentemente na queda da qualidade de vida da população. O adensamento urbano com a concentração de construções verticalizadas ou horizontalizadas, a excessiva impermeabilização do solo, a poluição causada pela emissão de gases decorrentes da queima de combustíveis fósseis ou para o consumo energético resultam em mudanças na temperatura do ar, na umidade relativa do ar e nos índices de precipitação.
Um dos principais problemas enfrentados nos centros urbanos em decorrência da elevação da temperatura são as Ilhas de Calor Urbano que, segundo Oke (1987) são áreas urbanas que apresentam temperaturas mais elevadas do que o meio rural. Esse fenômeno ocorre normalmente durante a noite nos centros urbanos, onde se encontram as áreas construídas mais adensadas, com maior índice de impermeabilização do solo e áreas verdes escassas, os quais causam o acúmulo de calor.
Os relatórios do Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, 2015) apontam que, no Brasil, no período de 1991 a 2012 houve um aumento de 2°C a 3°C na temperatura do ar, em virtude das mudanças climáticas. O aumento de temperatura pode trazer consequências como ocorrências de morte por onda de calor, o aumento de eventos de chuvas intensas, enchentes, que podem ainda disseminar doenças e ocorrência de doenças respiratórias. (NOBRE, 2011)
Givoni et al. (2003), ao analisar os métodos de pesquisas utilizados para ambientes ao ar livre, afirma que o conforto térmico é um dos fatores que influenciam as pessoas a utilizarem determinados locais para realizar atividades e que as condicionantes do clima naquele local podem ser modificadas de acordo com detalhes nos desenhos dos espaços urbanos, tais como: elementos de sombreamento, materiais e cores das superfícies.
Muitos estudos buscam investigar a percepção de conforto térmico e a preferência de pessoas em espaços urbanos ao ar livre (YANG et. al., 2013), bem como a relação de fatores climáticos na sensação térmica humana (CHENG et al., 2012) e confirmam que os fatores como o vento e a radiação solar podem interferir nessa sensação.
Os planejadores urbanos possuem um papel importante na promoção de espaços, que transmitam conforto térmico e satisfação aos usuários, principalmente no que diz respeito ao impacto das mudanças climáticas locais. Conforme mostra a Figura 1, é necessário que os planejadores possuam informações sobre os fatores climáticos e o ambiente natural que compõem as condições térmicas, para que se criem propostas de configuração do espaço físico que atendam ao conforto térmico.
Fig. 1 – Relação entre o planejamento urbano e a satisfação dos usuários.
Diversos estudos envolvendo o uso de entrevistas semiestruturadas para avaliar a capacidade de adaptação às mudanças climáticas por parte dos planejadores, especialistas e gestores urbanos estão sendo realizados em vários países. Alguns estudos (ARABADZHIEVA, 2016; PARK, 2015; QIU, 2016), analisaram as políticas de adaptação adotadas na Coreia do Sul, na China e na Bulgária e mostraram o nível de preocupação dos planejadores urbanos com as mudanças climáticas, bem como a qualidade do processo de comunicação entre os atores envolvidos na produção e uso do espaço urbano (população, planejadores urbanos, especialistas e gestores urbanos).
Kruger e Drach (2017) investigaram a influência da geometria urbana na sensação térmica de usuários de espaços ao ar livre na cidade do Rio de Janeiro. Os autores concluíram que a geometria urbana pode modificar a sensação de conforto dependendo da densidade construída do ambiente, pois é um fator que pode ser utilizado como estratégia de combate ao aquecimento excessivo de determinadas áreas da cidade ao nível do pedestre.
Portanto, faz-se necessária a aplicação de estratégias de minimização do calor no planejamento das cidades de forma a adaptar as cidades às mudanças climáticas locais. Romero (2000), propõe que os espaços urbanos sejam transformados em filtros que controlem os elementos climáticos que exercem grande influência no equilíbrio térmico
entre o homem e o ambiente. A autora apresenta diretrizes bioclimáticas que podem ser adotadas de acordo com as características do clima, com o intuito de corrigir, atenuar ou mudar determinadas variáveis climáticas, proporcionando maior conforto térmico.
Este artigo é parte de uma pesquisa que busca analisar o conforto térmico dos usuários de quatro espaços públicos abertos, na cidade de São Carlos, e relacioná-los com as medidas adotadas pelo planejamento urbano, aplicando-se questionários para medir a satisfação dos usuários nesses pontos e com três atores envolvidos no planejamento urbano (gestores públicos, projetistas urbanos e especialistas.) Este trabalho, no entanto, aborda e analise de somente um ponto e a entrevista com o projetista urbano deste ponto.
2 OBJETIVOS
O objetivo da pesquisa está em analisar a influência da morfologia do espaço urbano no conforto térmico dos usuários em um recorte urbano da cidade de São Carlos-SP
3 MÉTODO
A metodologia divide-se em quatro etapas descritas a seguir:
Fig. 2 – Diagrama de métodos adotados 3.1 – Caracterização da estrutura urbana
Os pontos analisados encontram-se na área urbana da cidade de São Carlos-SP. A figura 3 mostra o ponto localizado na Praça Maria Aparecida Resitano (Praça do Mercado
Municipal), no centro de São Carlos, onde são realizados diversos eventos (shows, feiras), além de ser um ambiente de passagem para as pessoas que transitam pelo centro da cidade.
Fig. 3 – Localização da área na cidade de São Carlos
Fig. 4 – Localização da área na cidade de São Carlos
A figura 4 mostra o recorte analisado, considerando a área da LCZ aproximadamente 104.470 m2 ao redorda Praça Maria Apparecida Resitano.
O procedimento de caracterização da área foi baseado na metodologia desenvolvida por Stewart & Oke (2012) para a classificação das Zonas Climáticas Locais. Essa identificação é realizada através de indicadores como: fator de visão do céu (FVC), relação HxW, porcentagem de áreas construídas, permeáveis e impermeáveis.
Para o cálculo do FVC foram obtidas fotos em diferentes pontos ao redor da Praça, com o auxilio de uma camera fotográfica com lente olho de peixe. A foto foi, então, submetida ao software RayMan que realizou o cálculo.
O cálculo das áreas permeáveis, impermeáveis e construídas foi realizado com o auxílio do software autoCAD® sobre a imagem de satélite do Google Earth (2017) com a checagem no local do estudo.
3.2 – Coleta de dados bioclimáticos e da sensação de conforto térmico
Para essa etapa foram instalados dois Sensores HOBO Pro V2 U23-001 em diferentes pontos do recorte. Os sensores, acoplados em escudos de PVC, registraram a temperatura do ar e umidade relativa do ar no período de 24 de fevereiro a 19 de março de 2018.
Paralelamente, foram realizadas, nos dias 6 e 12 de março de 2018, campanhas de entrevistas (tabela 1) com os usuários na Praça Maria Apparecida Resitano, visando obter informações pessoais (idade, peso, altura) e de conforto (sensação e satisfação térmica), baseado na Norma Internacional - ISO 10551 (1995). As coletas foram realizadas em três diferentes períodos, sendo eles: das 9h às 10h, das 15h ás 16h e das 18h às 19h. Durante as entrevistas, também foram coletados a velocidade do vento com um Anemômetro Digital de Bolso LM-81AM e a temperatura de globo, utilizando um termometro de globo feito a partir de um termo-anemômetro Kimo VT200, sendo que o sensor foi posicionado no interior de uma bola de ping pong (D=40mm.) pintada de cinza (figura 5).
Fig. 5 - Instrumentos usados na medição montados em suporte
As entrevistas foram realizadas em dias de céu claro, com pouca nebulosidade, sem chuva e ventos com velocidade baixa.
Tabela 1 Entrevistas realizadas
Data Hora de coleta Número de entrevistas
06/03/2018 9h-10h 17 06/03/2018 15h-16h 16 06/03/2018 18h-19h 13 12/03/2018 9h-10h 20 12/03/2018 15h-16h 14 12/03/2018 18h-19h 13
3.3 – Cálculo do Índice PET
Após a coleta, os dados foram inseridos em planilhas do Excel® para análise e cálculo do Índice de conforto térmico. O índice PET (Physiological Equivalent Temperature) foi desenvolvido por Höppe (1999) e baseado no MEMI (Munich Energy-balance Model for Individuals). Segundo Höppe (1999), o PET é a temperatura do ar que, em um ambiente interno ou externo, (sem vento e radiação solar) o ganho de calor do corpo humano está equilibrado com a mesma temperatura da pele e do núcleo como em condições iguais às de avaliação.
Para o cálculo da temperatura PET foram considerados: a velocidade do ar (m/s) e a umidade relativa do ar (%) coletados no local. A temperatura do ar foi obtida pela média aritmetica dos três sensores de temperatura utilizados. Para o cálculo da Temperatura Radiante Média (TRM), utilizou-se a temperatura de globo cinza, coletada durante as entrevistas. Adotou-se, então, a equação para a convecção forçada:
Onde
tg = temperatura de globo Eg = emissividade do globo ta = temperatura do ar
O cálculo foi realizado utilizando o software RayMan 1.2 e foram considerados as variáveis individuais para um individuo padrão, ou seja, 0,9 clo, 80 W, 35 anos, sexo masculino, 1.75m e 75 kg.
3.3 – Entrevista com os planejadores urbanos
Com base nas pesquisas realizadas por Arabadzhieva (2016), Park (2015) e Qiu (2016), foi desenvolvido um questionário, que tem por objetivo relatar as estratégias idealizadas pelos projetistas urbanos e implantadas efetivamente no processo de planejamento do espaço. A entrevista foi realizado com o Arquiteto e Urbanista responsável pelo projeto de revitalização da Praça. A conversa foi dividida em 3 seções, sendo elas: opinião, conhecimento e atuação.
4 RESULTADO
4.1 – Caracterização das áreas de estudo
Conforme se observa na tabela 2, o recorte analisado é composto por uma grande parcela de superficie construída, 57,15%, com pouca ou nenhuma vegetação distribuída pelas quadras. O gabarito das edificações varia entre 1 e 2 pavimentos, em uma região com uso essencialmente de imóveis comerciais.
Tabela 2 Classificação da LCZ Fator de visão do céu (FVC) 0,54 Relação HxW 0,55 Superfície construída 57,15% Superfície impermeável 91,93% Superfície permeável 8,07% Altura média 5m Classe de rugosidade 6
De acordo com o cruzamento das informações da geometria local com os parâmetros desenvolvidos por Stewart & Oke (2012), o recorte analisado possui características da classificação Compact low-rise, caracterizada como “densa mistura de prédios baixos (1 a 3 andares). Poucas ou nenhuma árvores. Pavimentação. Materiais de construção em pedra, tijolo, telha e concreto.”
4.2 – Caracterização do microclima
A tabela abaixo mostra a variação dos dados microclimáticos, considerando os três períodos de coleta de dados.
Tabela 3 Variação dos dados microclimáticos coletados
Praça do Mercado Tar (ºC) Var (m/s) UR (%)
06/03/2018 Max. 34,99 3,6 66,19 Min. 28,38 0 44,25 Méd. 31,39 1,41 55,45 12/03/2018 Max. 35,09 2,60 69,91 Min. 28,11 0,00 44,31 Méd. 31,22 0,81 56,65
Observa-se que o comportamento microclimático foi semelhante nos dois dias, com uma variação de aproximadamente 4°C durante as medições, porém com ventos mais calmos e umidade relativa do ar mais alta no segundo dia.
A figura 6 mostra a variação da temperatura PET ao longo dos três períodos de medição nos dias 6 e 12 de março de 2018.
Fig. 6 Índice PET
Observa-se no gráfico acima que o Índice PET apresentou comportamento semelhante nos dois dias analisados, variando de 24°C a 37°C no primeiro dia e de 28°C a 37°C no segundo dia.
De acordo com Matzarakis & Mayer (2000), temperaturas PET nessa faixa podem ser interpretadas como Levemente Quente à Quente e podem a chegar ao grau de estresse por calor forte, segundo a tabela 4.
Tabela 4 Calibração do Índice PET
PET Percepção térmica Grau de estresse fisiológico
≤4°C Muito frio Estresse por frio extremo
4°C<PET≤ 8°C Frio Estresse por frio forte
8°C<PET≤13°C Frio moderado Estresse por frio moderado 13°C<PET≤18°C Levemente frio Estresse por frio leve
18°C<PET≤23°C Confortável Sem estresse térmico
23°C<PET≤29°C Levemente quente Estresse por calor leve 29°C<PET≤35°C Calor moderado Estresse por calor moderado
35°C<PET≤41°C Quente Estresse por calor forte
>41°C Muito quente Estresse por calor extremo
Fonte: adaptado de Matzarakis & Mayer (2000)
De acordo com a calibração do Índice PET realizada por Monteiro e Alucci (2010) para a cidade de São Paulo, os usuários também relataram de “Pouco Calor” a “Calor”. Embora essa classificação pareça mais amena, ainda se observa o desconforto por calor.
PET Percepção térmica
≤4°C Muito frio
4°C<PET≤ 12°C Frio 12°C<PET≤18°C Pouco frio 18°C<PET≤26°C Neutra 26°C<PET≤31°C Pouco calor 31°C<PET≤43°C Calor
>43°C Muito Calor
Fonte: adaptado de Monteiro e Alucci (2010)
A análise da Sensação Térmica subjetiva dos usuários confirma a interpretação acima, conforme é possível perceber nas figuras 7 e 8, onde prevalece o desconforto por calor nos três períodos analisados, em ambos os dias.
Fig. 7 Sensação Térmica no dia 06 de março
Fig. 8 Sensação Térmica no dia 12 de março
O gráfico abaixo mostra a satisfação dos usuários nos três horários analisados e a variação da temperatura do ar e temperatura radiante média nesses intervalos.
9h - 10h
Fig. 9 Comparação da satisfação dos usuários com a temperatura do ar e temperatura radiante média para 06 de março
Observa-se que o horário em que se apresenta maior porcentagem de usuários Satisfeitos coincide com o horário de resfriamento, das 18 horas às 19 horas, quando ambas as temperaturas sofrem um decrescimo. Em contraponto, o maior número de usuários insatisfeitos (Muito Insatisfeito + Insatisfeito) é observado das 15 horas ás 16 horas, momento em que as temperaturas atingem o máximo.
Fig. 10 Comparação da satisfação dos usuários com a temperatura do ar e temperatura radiante média para 12 de março
Também para o segundo dia de coleta foi posível constatar que o maior número de usuários satisfeitos encontra-se no período das 18h às 19h. No entanto, observa-se também uma alta porcentagem de usuários instatisfeitos no mesmo período, o que pode ser justificado por TRM mais altas do que no dia de coleta anterior.
9h - 10h
O espaço analisado possui entorno pavimentado e quase não possui vegetação, conforme encontrado na classificação da LCZ. Esse fato aliado à falta de sombreamento, já que é um espaço contínuo e bastante aberto, faz com que, em condições de temperatura elevada, esse espaço além de não garantir conforto aos usuários, provoque a sensação de desconforto por calor.
4.3 – Estratégias projetuais
De acordo com a entrevista realizada, há por parte do projetista urbano a consciência sobre a necessidade de se sensibilizar a população acerca dos problemas ocorridos e da importância em se criar ambientes sustentáveis. No entanto, o mesmo possui um baixo nível de conhecimento sobre os assuntos relacionados ao clima urbano (como ilha de calor urbano, conforto térmico). Dessa forma, as estratégias projetuais adotadas partem de outros objetivos, como a integração de ambientes e a criação de um espaço fluído para o trânsito de pedestres.
As principais estratégias para obtenção de conforto ambiental encontradas apontam para a definição e o posicionamento de espécies arbóreas, a definição de materiais de pisos e o posicionamento de massas construídas. Observa-se que o projeto emprega elementos que favorecem o arrefecimento do ambiente urbano, como espaços com grande quantidade de vegetação. No entanto é importante destacar o papel da gestão pública enquanto realizadora da intervenção, visto que o projeto realizado não foi totalmente implementado e não se observa a existência de ferramentas que monitorem a qualidade ambiental do espaço urbano.
5 CONCLUSÃO
Essa pesquisa mostrou que, no recorte urbano classificado como LCZ 3, ou seja, com grande quantidade de área construída e irmpermeável, os usuários relataram insatisfação e desconforto por calor. O índice PET variou de 24°C a 37°C, reforçando o desconforto por calor. É possível, dessa forma, observar que a ausência de qualificadores do ambiente como a vegetação e elementos capazes de produzir sombreamento, podem influenciar o conforto térmico e a satisfação dos usuários daquele espaço.
Os projetistas, por sua vez, demonstraram conhecimentos básicos sobre conceitos elementares de clima e conforto urbano, apontando algumas medidas para favorecer o arrefecimento do ambiente. No entanto, grande parte das estratégias consideradas em projeto, não foram implantadas integralmente.
Nota-se que a escassez de ferramentas que monitorem a eficiência de tais medidas aplicadas, somada à ausência de um plano de ações para o arrefecimento do ambiente urbano, que integre os atores envolvidos no planejamento das cidades e à baixa conscientização da população sobre os problemas climáticos, compromete a implementação de medidas que contribuam para o conforto térmico dos usuários de espaços urbanos. Ou seja, sendo evidente o papel do desenho urbano para o arrefecimento do ambiente, é necessário que esse seja melhor estruturado, através de medidas que desenvolvam o conhecimento de projetistas, gestores e da população sobre os efeitos das mudanças climáticas, bem como incentivem a adoção de estratégias de mitigação e adaptação às mudanças climáticas nos projetos urbanos.
6 AGRADECIMENTO
Gostaríamos de agradecer à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) por seu apoio neste trabalho, através da concessão de bolsa de pesquisa.
7 REFERÊNCIAS
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Givoni, B. Noguchi, M. Saaroni, H. Pochter, O. Yaacoc, Y. Feller, N. E Becker, S. (2003) Outdoor comfort research issues. Energy and Buildings,1 (35), 77–86.
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<http://www.iniciativaverde.org.br//lib/php/download.php?cfg=1&arq=produtos/37_2015_ 05_04_relatorio_ipcc_portugues.pdf&mde=ProdItem&cod=37>. Acesso em 01 mai. 2018. KRUGER, E. L., DRACH, P. (2017). Identifying potential effects from anthropometric variables on outdoor thermal comfort. Building and Environment, 117, 230-237.
MONTEIRO, L. M.; ALUCCI, M. P. (2010) Índices de conforto térmico em espaços urbanos abertos. Forum Patrimônio: ambiente construído e patrimônio sustentável. Belo Horizonte, 1(4).
NOBRE, C. A. (2011) Vulnerabilidades das megacidades brasileiras às mudanças
climáticas: região metropolitana de São Paulo: relatório final / Carlos A. Nobre,
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