AVALIAÇÃO DOS IMPACTOS DA FORMA URBANA SOBRE O MICROCLIMA … · urbano que impactam diretamente no microclima. Em regiões de clima tropical, a compactação excessiva e a supressão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

AVALIAÇÃO DOS IMPACTOS DA FORMA URBANA SOBRE O MICROCLIMA

E SOBRE AS CONDIÇÕES DE CONFORTO TÉRMICO EM TRÊS BAIRROS NA

CIDADE DO RIO DE JANEIRO

EDUARDO PRAUN MACHADO

2018




EDUARDO PRAUN MACHADO

Projeto de Graduação apresentado ao curso

de Engenharia Civil da Escola Politécnica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro,

como parte dos requisitos necessários à

obtenção do título de Engenheiro.

Orientador: Prof. Elaine Garrido Vazquez

RIO DE JANEIRO

SETEMBRO de 2018

Machado, Eduardo Praun

Avaliação dos impactos da forma urbana sobre o

microclima e sobre as condições de conforto térmico em três

bairros na cidade do Rio de Janeiro/ Eduardo Praun Machado

– Rio de Janeiro: UFRJ/Escola Politécnica, 2018.

X, 64 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Elaine Garrido Vazquez

Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso

de Engenharia Civil, 2018.

Referências Bibliográficas: p. 66-70

1. Forma Urbana 2. Microclima 3. Conforto Térmico I.

Vazquez, Elaine Garrido; II. Universidade Federal do Rio de

Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Civil. III.

Título

Dedico este trabalho à minha família, que sempre

esteve comigo para me dar apoio e incentivo.

AGRADECIMENTOS

Gostaria de agradecer aos meus amigos e colegas da Engenharia Civil por

tornarem as horas de estudo mais agradáveis, pela motivação e por estarem comigo nos

piores e melhores momentos do curso.

Agradeço, também, a todos os professores do curso de Engenharia Civil, em

especial à minha orientadora do Projeto de Graduação, Elaine Garrido Vazquez, e da

Iniciação Científica, Gisele Silva Barbosa, pela dedicação, pela disponibilidade e pelos

conhecimentos transmitidos.

Por fim, agradeço a todos os servidores e funcionários da UFRJ, que tornaram

possível a conclusão desse curso.

Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte

dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.




Eduardo Praun Machado

Setembro de 2018

Orientadora: Elaine Garrido Vazquez

Curso: Engenharia Civil

O acelerado e desordenado processo de urbanização, aliado a um rápido crescimento

populacional, típico de países em desenvolvimento, provocam alterações do espaço

urbano que impactam diretamente no microclima. Em regiões de clima tropical, a

compactação excessiva e a supressão de vegetação podem induzir a formação de ilhas

de calor e criar situações de desconforto térmico. Nesse contexto, o conhecimento das

variáveis do conforto térmico, do desenho urbano e das interações entre o espaço

construído e o natural é fundamental para a conformação e alteração desses espaços de

modo que os tornem mais agradáveis. Este trabalho tem como objetivo avaliar a

influência da forma urbana sobre o microclima e sobre o conforto térmico nos bairros de

Copacabana, Ipanema e Ramos, na cidade do Rio de Janeiro. Para isso, analisaram-se os

resultados de simulações microclimáticas, feitas no software ENVI-met. Além disso, os

dados obtidos computacionalmente ainda foram comparados com parâmetros medidos

in loco e utilizados como entrada nos cálculos para o índice de conforto Temperatura

Fisiológica Equivalente (PET). Os resultados obtidos indicaram que a forma urbana é

capaz de modificar significativamente o microclima local e que, durante o verão no Rio

de Janeiro, a sensação é, de maneira geral, de desconforto térmico devido ao calor

independentemente do bairro.

Palavras-chave: Microclima; Forma Urbana; Conforto Térmico; Adensamento Urbano;

ENVI-met.

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fullfillment of

the requirements for the degree of Engineer.

EVALUATION OF THE IMPACTS OF THE URBAN FORM ON THE

MICROCLIMATE AND ON THE THERMAL COMFORT CONDITIONS IN THREE

NEIGHBORHOODS IN THE CITY OF RIO DE JANEIRO

Eduardo Praun Machado

September 2018

Advisor: Elaine Garrido Vazquez

Course: Civil Engineering

The accelerated and disordely urbanization process, coupled with a rapid population

growth, typical of developing countries, causes changes in the urban space that directly

impact on the microclimate. In regions of tropical climate, the excessive compaction

and the vegetation suppression can induce the formation of urban heat islands and create

thermal discomfort situations. In this context, the knowledge of thermal comfort

variables, urban design and interactions between built and natural spaces is crucial for

the conformation and alteration of these spaces in orde to make them more pleasant.

This work aims to evaluate the influence of the urban form on the microclimate and on

the thermal comfort in the neighborhoods of Copacabana, Ipanema and Ramos, in the

city of Rio de Janeiro. For this purpose, the results of microclimatic simulations, carried

out by ENVI-met, were analyzed. Furthermore, the computational data were still

compared with on-site measured parameters and used as input for the comfort index

Physiological Equivalent Temperature (PET) calculation. The results indicate that the

urban form can modify significantly the local microclimate and that, during the summer

in Rio de Janeiro, the sensation is, in general, of thermal discomfort due to the heat

regardless of the neighborhood.

Keywords: Microclimate; Urban Form; Thermal Comfort; Urban Densification; ENVI-

met.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Evolução da Taxa de Urbanização no Brasil entre 1940 e 2010 ................... 12

Figura 2 – Carta Psicrométrica ....................................................................................... 22

Figura 3 – Localização das Áreas de Estudo .................................................................. 36

Figura 4 – Área de Estudo: Ramos. (a) Imagem de satélite; (b) Vista da rua ................ 37

Figura 5 – Área de Estudo: Copacabana. (a) Imagem de satélite; (b) Vista da rua ........ 37

Figura 6 – Área de Estudo: Ipanema. (a) Imagem de satélite; (b) Vista da rua ............. 38

Figura 7 – Modelo do ENVI-met ................................................................................... 39

Figura 8 – Dados para a criação do modelo, exemplo de Ipanema ................................ 40

Figura 9 – Modelagem feita a partir de uma imagem de satélite, exemplo de Ipanema 41

Figura 10 – Arquivo de configuração do ENVI-met, exemplo de Ipanema................... 42

Figura 11 – Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350..................................... 44

Figura 12 – Termo-higrômetro apoiado no tripé ............................................................ 44

Figura 13 – Medidor de energia solar modelo MES-100 ............................................... 44

Figura 14 – Pontos de medição em Copacabana ............................................................ 45

Figura 15 – Tela inicial do RayMan com os parâmetros fixos utilizados ...................... 48

Figura 16 – Localização aproximada dos receptores: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c)

Ipanema .................................................................................................................. 49

Figura 17 – Temperatura do Ar: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema ................... 51

Figura 18 – Velocidade do Vento: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema ............... 52

Figura 19 – Umidade Relativa: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema .................... 53

Figura 20 – Fator de Visão do Céu: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema ............. 54

Figura 21 – Radiação Direta: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema........................ 55

Figura 22 – Radiação Difusa: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema ....................... 56

Figura 23 – Temperatura Radiante Média: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema... 57

Figura 24 – Temperatura Superficial: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema .......... 58

Figura 25 – Modelos em três dimensões: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema ..... 60

Figura 26 – Pontos de medição em Copacabana ............................................................ 60

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Taxa Metabólica para Atividade Típicas ...................................................... 18

Tabela 2 – Isolamento térmico para alguns trajes .......................................................... 26

Tabela 3 – Resultados da calibração do índice PET para algumas cidades brasileiras .. 29

Tabela 4 – Especificações do Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350 ........ 43

Tabela 5 – Horário de referência para as medições ........................................................ 46

Tabela 6 – Parâmetros de Entrada do RayMan .............................................................. 48

Tabela 7 – Temperatura e Umidade equalizadas ............................................................ 61

Tabela 8 – Índice PET para os três bairros estudados .................................................... 62

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO .....................................................................................................12

2 REFERENCIAL TEÓRICO ................................................................................17

2.1.1 Variáveis Ambientais ou Físicas ...................................................................... 19

2.1.2 Variáveis Individuais ........................................................................................ 24

2.1.3 Temperatura Fisiológica Equivalente (PET) ................................................. 28

2.2.1 Adensamento Urbano ....................................................................................... 33

3 ESTUDOS MICROCLIMÁTICOS .....................................................................36

3.2.1 Simulações Microclimáticas com o ENVI-met ............................................... 38

3.2.2 Medições Meteorológicas in loco ..................................................................... 43

3.2.3 Cálculo do PET com o RayMan ...................................................................... 47

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................50

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................64

REFERÊNCIAS ............................................................................................................66

APÊNDICE 1 – DADOS DAS MEDIÇÕES ...............................................................71

APÊNDICE 2 – DADOS DOS RECEPTORES E PET .............................................72

APÊNDICE 3 – CÁLCULOS DE EQUALIZAÇÃO DOS DADOS MEDIDOS .....73

12

1 INTRODUÇÃO

APRESENTAÇÃO DO TEMA E JUSTIFICATIVA

De acordo com dados da Organização das Nações Unidas (ONU), em 2016,

aproximadamente 54% da população mundial vivia em áreas urbanas (UN, 2016). Até 2030,

espera-se que esse percentual seja de pelo menos 60%, o que demonstra uma tendência das

cidades se tornarem cada vez maiores e mais populosas. No Brasil, estimativas do Instituto

Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) indicam o aumento da população urbana, que

passou de 31% em 1940 para 84% em 2010 (IBGE, s.d). Ainda que esse aumento tenha

desacelerado nos últimos anos (Figura 1), diversos municípios apresentaram crescimento

populacional de mais de 100% (BARBON, DAFFARA, 2017), exigindo a melhoria da

infraestrutura.

Figura 1 – Evolução da Taxa de Urbanização no Brasil entre 1940 e 2010

IBGE, s.d. Adaptado pelo Autor.

Em um primeiro momento, portanto, é válido mencionar que o intenso crescimento da

população urbana global, iniciado durante a Revolução Industrial, provocou uma grande

migração de habitantes das áreas rurais para as áreas urbanas. A expansão das cidades sem um

planejamento urbano apropriado é comum em países em desenvolvimento e favorece o

surgimento de problemas de cunho social e ambiental, que pioram a qualidade de vida dos

habitantes.

13

Em decorrência do processo de urbanização, verificam-se transformações

significativas do ambiente, com ampliação do espaço construído em detrimento do natural. A

expansão urbana, ainda quando acompanhada por infraestrutura eficiente, modifica a

dinâmica das cidades. Uma das alterações observadas é no microclima local. O microclima

corresponde às características climáticas em um espaço de proporções reduzidas dentro das

cidades. As mudanças dessas condições podem contribuir com a piora da qualidade urbana,

com o aumento da temperatura, a canalização dos ventos, exposição solar indesejada, entre

outros. A ilha de calor é uma anomalia climática típica e comum em cidades densamente

urbanizadas, podendo ser causada pela verticalização dos edifícios e/ou supressão da

vegetação, entre outros fatores. Os efeitos desse fenômeno são, especialmente em regiões de

clima tropical, o desconforto térmico, o aumento do consumo energético e da poluição

(BARBOSA, ROSSI, DRACH, 2014).

Além do crescimento demográfico, as mudanças climáticas também impactam

negativamente sobre as cidades. O último relatório do International Panel on Climate Change

(IPCC) avaliou que as últimas três décadas foram mais quentes que qualquer outra desde 1850

(IPCC, 2014). Ainda segundo o relatório, a influência antropogênica sobre o clima é inegável

e as emissões de gases do efeito estufa, intensificadas pelo crescimento econômico e

populacional decorrente da Revolução Industrial, atingiram níveis jamais vistos (IPCC, 2014).

Uma das principais consequências dessas mudanças é a maior ocorrência de eventos

climáticos extremos. Pesquisas recentes apontam para o aumento da frequência e da

intensidade das chuvas no sul e sudeste do Brasil, tornando alagamentos e deslizamentos de

terra mais constantes (MAGRIN et al., 2014). A localização litorânea e o relevo acidentado da

cidade do Rio de Janeiro, assim como a alta densidade populacional, a ocupação de áreas de

risco e o alto índice de impermeabilização do solo, são fatores que a deixam ainda mais

suscetível a esses desastres.

Cabe ressaltar que a problemática dos danos sobre o meio ambiente é recente e as

primeiras discussões mais amplas acerca do tema foram pautadas apenas na segunda metade

do século XX. Para exemplificar, pode-se citar a Conferência de Estocolmo, em 1972, e a Rio

92, em 1992, onde os conceitos de sustentabilidade e desenvolvimento sustentável surgiram e

se consolidaram. Esses termos, no que diz respeito à questão urbana, estão presentes em

práticas de planejamento e projeto que levam em consideração a questão ambiental

(BARBOSA, 2005).

Diante desse cenário, o conhecimento da forma urbana, das condições de conforto e

das interações entre homem, espaço e clima são fundamentais para a proposição de projetos

14

sustentáveis, tanto na escala das cidades quanto na das edificações. A determinação de

princípios de traçado urbano que orientem a construção e adequação dos espaços ao clima, às

atividades e às necessidades da população é tarefa de engenheiros e arquitetos, devendo,

portanto, ser feita com base científica e de forma integrada.

OBJETIVO

Este trabalho tem o objetivo de verificar como aspectos da forma urbana, tais como o

grau de adensamento urbano, a vegetação e as características das edificações e das vias,

influenciam as condições microclimáticas e de conforto térmico em três bairros da cidade do

Rio de Janeiro (Copacabana, Ipanema e Ramos).

METODOLOGIA

A metodologia aplicada no presente trabalho foi baseada em uma pesquisa

exploratória, quantitativa e qualitativa. Em um primeiro momento, foi feito um levantamento

bibliográfico, que deu o embasamento teórico para este estudo. Por meio da leitura de livros,

artigos, monografias, dissertações e teses, buscou-se compreender as variáveis que

influenciam no conforto térmico, as maneiras de se avaliá-lo e a relação entre a forma urbana

com o microclima. Nesta etapa também se conheceu o funcionamento dos softwares ENVI-

met e RayMan, utilizados nas simulações microclimáticas e no cálculo do índice PET,

respectivamente.

No intuito de analisar a influência da forma urbana sobre o microclima, buscou-se

entender, inicialmente, o clima da cidade do Rio de Janeiro e definir quais seriam as

configurações urbanas das áreas de estudo. Então, foram selecionadas três áreas, as quais

possuem diferentes configurações urbanas, localizações geográficas e densidades de

ocupação, porém estão situadas próximas ao mar: Ramos, Copacabana e Ipanema.

Posteriormente, cada região foi modelada no software ENVI-met e simulada, utilizando-se

dados climáticos do verão de 2017 fornecidos pela estação meteorológica do Forte de

Copacabana (INMET, s.d). Os dados de entrada foram as médias de temperatura do ar,

umidade relativa e velocidade e direção do vento, de maneira que a simulação não fosse feita

para um dia atípico do ano.

15

Após as simulações, seguiu-se para as medições meteorológicas in loco, no intuito de

confirmar as condições verificadas no modelo computacional. Nessa etapa, apenas o bairro de

Copacabana foi avaliado. Dessa forma, foram selecionados diversos pontos ao longo do bairro

para a medição das seguintes variáveis: temperatura do ar, temperatura de bulbo úmido, ponto

de orvalho, umidade relativa e radiação.

Em seguida, calculou-se o índice Temperatura Fisiológica Equivalente (PET) para os

três bairros por meio do software RayMan. Para isso, utilizaram-se alguns dados climáticos de

pontos específicos, obtidos no modelo computacional, informações geográficas da cidade do

Rio de Janeiro e características humanas como parâmetros de entrada.

Por fim, analisaram-se os resultados de temperatura do ar ao nível do pedestre e

superficial, temperatura radiante média, umidade, radiação direta e difusa, ventilação e fator

de visão do céu, gerados pelo ENVI-met para os três modelos, e o PET, obtido com o

RayMan. Além disso, avaliou-se, também, se a situação verificada in loco confirmou o

previsto no modelo computacional.

ESTRUTURA DO TRABALHO

O primeiro capítulo deste trabalho faz uma breve introdução ao tema e ao contexto no

qual ele está inserido. Além disso, também são expostas a justificativa, a motivação, o

objetivo e a metodologia aplicada.

No capítulo 2, são apresentados os principais conceitos necessários para a realização e

entendimento deste trabalho. Em um primeiro momento, explica-se as principais variáveis que

influenciam no conforto térmico em ambientes externos, divididas em ambientais e

individuais. Em seguida, introduziu-se o estudo sobre o índice Temperatura Fisiológica

Equivalente (PET), utilizado na avaliação do conforto. Por fim, expôs-se a relação entre a

forma urbana e o microclima. Tais conceitos foram encontrados em bibliografia específica.

No capítulo 3, apresenta-se detalhadamente as áreas de estudo e a justificativa de suas

escolhas. Além disso, a metodologia utilizada no estudo microclimático também é descrita de

forma mais aprofundada.

O capitulo 4 trata da apresentação e análise dos resultados obtidos nas simulações e

medições, discutindo-se a influência dos aspectos da forma urbana sobre o microclima e,

também, de que maneira eles afetam o conforto térmico nessas regiões.

16

O capítulo 5 apresenta as considerações finais do trabalho, com constatações acerca

dos resultados encontrados e da metodologia, além de sugestões para trabalhos futuros.

Por fim, encontra-se as referências bibliográficas que basearam este trabalho e os

apêndices, com algumas informações obtidas e utilizadas na pesquisa.

17

2 REFERENCIAL TEÓRICO

CONFORTO TÉRMICO EM AMBIENTES EXTERNOS

Pode-se definir o conforto térmico como o estado de conforto e de satisfação que um

indivíduo sente em relação ao ambiente térmico ao seu redor. Em relação ao uso de espaços

externos, como ruas, praças e parques, diversas pesquisas apontam a importância da

existência de condições de conforto térmico (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS,

2001; YAO et al., 2018; GIVONI et al., 2003). Essas condições são capazes de incentivar a

prática de atividades físicas, o desenvolvimento da economia e até mesmo a redução do

consumo energético nesses locais e nas proximidades.

Corbella e Yannas (2003) afirmam que um indivíduo se sente confortável em um

ambiente quando se encontra em neutralidade térmica em relação a ele. Segundo os autores,

essa condição é verificada quando o fluxo de calor produzido pelo corpo é igual ao fluxo de

calor perdido para o ambiente.

O corpo humano, uma vez que é homeotérmico1 e endotérmico2, depende da produção

metabólica de calor para manter sua temperatura corpórea constante. Sendo assim, existem

duas maneiras pelas quais essa produção pode ocorrer (AULICIEMS, SZOKOLAY, 1997;

LAMBERTS, XAVIER, 2008): metabolismo basal, que ocorre de maneira inconsciente para

manter as funções vitais do organismo; e metabolismo muscular, o qual ocorre de maneira

consciente e é fruto das atividades realizadas pelo indivíduo. Na Tabela 1, são apresentadas as

taxas metabólicas para tarefas típicas3 do dia-a-dia.

Para manter ideal a temperatura corpórea, isto é, em torno dos 37ºC, é necessário que

o calor produzido seja liberado para o ambiente. A dissipação do calor é feita por meio de

trocas térmicas, que abrangem trocas secas e úmidas (FROTA, SCHIFFER, 2001). A primeira

advém da diferença de temperatura entre o corpo e o ambiente e estão relacionadas à perda de

calor sensível, podendo acontecer por convecção4, radiação5 e condução6. Por outro lado, o

1 Seres homeotérmicos são aqueles cuja temperatura corporal permanece relativamente constante,

independentemente do ambiente. 2 Seres endotérmicos são aqueles que utilizam o próprio metabolismo para a produção de calor e manutenção da

temperatura corporal. 3 Lista com as taxas metabólicas para mais atividades. IN: AMERICAN SOCIETY OF HEATING,

REFRIGERATING AND AIR CONDITIONING ENGINEERS (ASHRAE), INC. Thermal Environmental

Conditions for Human Occupancy. Atlanta, 2010. 4 Maiores detalhes sobre os mecanismos de troca térmicas. IN: FROTA, A. B.; SCHIFFER, S. R., 2001, Manual

de Conforto Térmico. 5 ed, São Paulo, Studio Nobel. 5 Ibidem.

18

calor perdido por trocas úmidas é chamado de calor latente e provém da mudança de estado

físico, ocorrendo por evaporação7 (FROTA, SCHIFFER, 2001).

Tabela 1 – Taxa Metabólica para Atividade Típicas

Atividade Taxa Metabólica (W/m²)

Dormindo 40

Reclinado 45

Sentado, repousando 60

Em pé, repousando 70

Caminhando sobre superfície plana (0,9 m/s) 115



ASHRAE 55, 2010. Adaptado pelo Autor.

O organismo humano possui alguns mecanismos para controlar a produção de calor e,

consequentemente, a sua liberação para o ambiente, denominados mecanismos

termorreguladores. A variação da temperatura corporal e a necessidade do aumento ou

diminuição da geração de calor está baseada na equação do balanço térmico do corpo humano

(Equação 1), apresentada a seguir (CORBELLA, YANNAS, 2003):

(𝑀 + 𝑊) − (𝐶𝐷 + 𝐶𝑉 + 𝐶𝑅 + 𝐸) = ∆𝑆 (Eq. 1)

Sendo:

M = taxa metabólica, ou seja, o calor produzido pelo corpo (W/m²);

W = energia referente ao trabalho mecânico feito pelo corpo (W/m²);

CD = perda por condução (W/m²);

CV = perda por convecção (W/m²);

CR = perda por radiação (W/m²);

E = perda por evaporação (W/m²);

∆S = variação do calor armazenado (W/m²).

É importante notar que essas trocas térmicas são influenciadas por variáveis

ambientais, tais como a radiação, a temperatura, a umidade e a velocidade do ar, e, também,

pessoais, como a vestimenta utilizada e a atividade feita pelo indivíduo (CORBELLA,

YANNAS, 2003).

No caso do ganho de calor (∆S > 0), o organismo deverá responder de modo a

aumentar as trocas térmicas com o ambiente e resfriar o corpo. Nesse propósito, existem duas

6 Ibidem. 7 Ibidem.

19

formas de se controlar a temperatura: por meio da vasodilatação e da transpiração. O primeiro

mecanismo provoca o aumento do fluxo sanguíneo na camada subcutânea, resultando no

aumento da temperatura da pele e nas trocas de calor por convecção. Caso isso não resulte no

resfriamento do corpo, inicia-se a produção de suor, que provoca perda de calor por

evaporação.

No caso de perda de calor (∆S < 0), as trocas térmicas com o ambiente deverão ser

reduzidas para manter a temperatura corporal. Para isso, o organismo reage com a

vasoconstrição, o qual possui efeito oposto ao da vasodilatação. Se essa reação não for

suficiente, o corpo pode reagir com arrepios, diminuindo a perda de calor, e com tremores,

aumentando sua produção.

Além da neutralidade térmica, Lamberts e Xavier (2008) mencionam outras duas

condições para se atingir o conforto térmico: temperatura da pele e taxa de secreção do suor

consoantes com parâmetros obtidos em estudos empíricos para diversas atividades; e a

inexistência de causadores de desconforto localizado, isto é, condições do ambiente que

afetem apenas uma parte do corpo e causam desconforto, como radiação não uniforme,

correntes de ar, elevado gradiente de temperatura ao longo da altura do indivíduo e

temperatura do piso.

Cabe ressaltar que grande parte dos estudos relacionados à verificação do conforto

térmico são feitos para ambientes internos (GIVONI et al., 2003) e consideram apenas o

balanço térmico (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS, 2001). No entanto, em espaços

externos, devido à grande variabilidade e do pouco controle das condições ambientais, deve-

se avaliar, também, variáveis individuais, relacionadas a adaptação psicológica e fisiológica

dos indivíduos (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS, 2001).

2.1.1 Variáveis Ambientais ou Físicas

As variáveis ambientais ou físicas aqui tratadas são aquelas que mais influenciam no

clima de um determinado local e no conforto térmico: temperatura, umidade e velocidade do

ar e, também, radiação solar. É importante notar que, em relação ao conforto, a atuação dessas

variáveis não deve ser analisada isoladamente, pois elas são interdependentes (HÖPPE, 1999)

e o valor de uma delas pode apresentar diferentes condições de conforto caso se varie o valor

das outras.

20

Uma das ferramentas utilizadas para se avaliar o conforto em ambientes externos é a

sensação térmica. Essa análise indica a percepção do indivíduo em relação às condições

térmicas de um ambiente (GIVONI et al., 2003) e pode ser feita por meio de diversos índices,

os quais correlacionam essas variáveis. Entre eles, destacam-se o Voto Médio Previsto8

(PMV), proposto por Fanger (1970), e a Temperatura Fisiológica Equivalente (PET), proposto

por Höppe (1999), que será detalhada mais à frente.

2.1.1.1 Temperatura do Ar

A temperatura do ar indica a temperatura na qual o ar ao redor do indivíduo se

encontra, sendo quantificada, principalmente, em graus Celsius (ºC) ou Kelvin (K). Ela é

medida pela temperatura de bulbo seco (DBT) e afeta significativamente as trocas térmicas

por convecção (AULICIEMS, SZOKOLAY, 1997), uma vez que essas ocorrem devido à

diferença de temperatura entre o ar e a pele do indivíduo.

Em um estudo realizado em Hong Kong, Ng e Cheng (2011) observaram que, para

manter as condições de conforto térmico, um aumento de 1 m/s na velocidade do vento deve

ser acompanhado por um aumento de 2,12ºC na temperatura do ar. Uma relação similar é

verificada na pesquisa de Yao et al. (2018), realizada em Xangai, na China. Ademais, no que

diz respeito ao último trabalho, os autores mencionam que a temperatura do ar foi o parâmetro

que mais influenciou na sensação térmica.

Paralelamente a essa relação entre a temperatura e a velocidade do vento, percebe-se,

ainda, sua interação com a radiação. Givoni et al. (2003), em uma análise feita em Tel Aviv,

em Israel, constatam variações nas sensações térmicas para uma mesma temperatura do ar,

dependendo das condições de exposição dos indivíduos – sob sombra ou sol.

Por último, ela ainda influencia a capacidade do ar em reter vapor de água, sendo

maior para temperaturas mais altas, e em escolhas individuais, tais como a vestimenta ou a

permanência em um determinado local.

8 Maiores detalhes sobre o Voto Médio Previsto (PMV). IN: FANGER, O. P., 1970, Thermal comfort:

analysis and applications in environmental engineering. Copenhagen, Danish Technical Press.

21

2.1.1.2 Umidade do Ar

A umidade do ar refere-se à quantidade de vapor de água presente nele,

caracterizando-o como seco ou úmido. Essa variável pode ser expressa pela umidade relativa

(%), que indica o seu grau de saturação com vapor de água; pela umidade absoluta (kg/m³), a

qual representa a massa de água presente em 1m³ de ar; e pela pressão de vapor da água (kPa),

que exprime a pressão exercida pelo vapor da água em um determinado volume de ar.

Uma forma comum de se obter a umidade é medindo-se a temperatura de bulbo seco

(DBT) e úmido (WBT). A carta psicrométrica9 (Figura 2) é um diagrama de onde é possível

se ler os valores de umidade absoluta e relativa para uma determinada pressão atmosférica a

partir de diversas variáveis, entre elas, as duas mencionadas anteriormente (AULICIEMS,

SZOKOLAY, 1997).

Essa ferramenta foi amplamente utilizada por diversos pesquisadores na concepção de

cartas ou diagramas bioclimáticos, os quais definem limites para zonas de conforto e auxiliam

na elaboração de estratégias para adequação dos espaços às condições climáticas. Entre eles,

pode-se citar a Carta Bioclimática de Olgyay10 (1963) e a Carta Bioclimática de Givoni11

(1992).

Romero (2013) afirma que esses modelos “são um instrumento importante para o

estudo das técnicas de controle do ambiente, uma vez que permitem a identificação daquelas

variáveis do meio que devem ser modificadas e/ou aproveitadas para se conseguirem as

condições de conforto desejadas”. Entretanto, a autora alerta que eles são adequados às

regiões para onde foram concebidos e sua utilização em outras áreas pode não ser apropriada

(ROMERO, 2013).

É importante ressaltar que a quantidade de vapor de água no ar influencia as trocas

térmicas por evaporação. A alta umidade, por exemplo, dificulta a evaporação do suor e pode

ser fator prejudicial ao conforto térmico (LAMBERTS, XAVIER, 2008). Nesse sentido,

Ahmed (2003) observou que o aumento da umidade relativa é acompanhado por uma redução

na tolerância a altas temperaturas.

Por outro lado, a renovação do ar, promovida pela ventilação, diminui sua umidade

junto à superfície do corpo, possibilitando o aumento dessas trocas e da tolerância

9 Maiores detalhes sobre a composição da carta psicrométrica. IN: AULICIEMS, A.; SZOKOLAY, S. V.

Thermal comfort. 2. ed. Brisbane: PLEA, 1997. 10 Maiores detalhes sobre a Carta Bioclimática de Olgyay. IN: OLGYAY, V. Design with climate. New Jersey,

Princeton University, Princeton, 1963. 11 Maiores detalhes sobre a Carta Bioclimática de Givoni. IN: GIVONI, B. Confort, climate analysis and

building design guidelines. Energy and Building, v.18, 1992.

22

(CORBELLA, YANNAS, 2003; AHMED, 2003). Além das correntes de ar, a presença de

vegetação também pode influenciar significativamente na umidade do ar, porém, seus efeitos

sobre as variáveis microclimáticas serão abordados mais à frente (ver item 2.2).

Figura 2 – Carta Psicrométrica

AULICIEMS, SZOKOLAY, 1997.

23

2.1.1.3 Velocidade do Ar

A velocidade do ar diz respeito à distância percorrida pelo ar em um dado espaço de

tempo, sendo medida em m/s. Todavia, pelo fato dela ter grandes variações em intervalos

muito curtos, assume-se, frequentemente, que seu valor corresponde à média verificada em

um certo período.

Além de influenciar as trocas térmicas por evaporação (ver item 2.1.1.2), o vento

também atua nas trocas por convecção. Isso ocorre pelo aquecimento do ar mais próximo à

superfície do corpo, que se torna mais denso que o ar das camadas superiores. Em vista disso,

criam-se correntes de convecção, que levam o ar frio para baixo e permitem que as trocas

continuem.

O efeito do vento no conforto térmico é extremamente dependente das condições

climáticas do ambiente. Assim, para certos limites de velocidade, sua existência em climas

frios é prejudicial, enquanto em quentes é benéfica (GIVONI et al., 2003). Ainda, conforme

dito anteriormente (ver item 2.1.1.1), a ação do vento é capaz de influenciar na sensação

térmica.

Acrescenta-se, ainda, que o vento, junto com a radiação, são as variáveis mais afetadas

pela forma urbana (TALEGHANI et al., 2014), que pode contribuir para permitir ou bloquear

sua passagem e causar efeitos indesejados. Entretanto, a influência da forma urbana nas

variáveis microclimáticas será discutida posteriormente (ver item 2.2).

2.1.1.4 Radiação Solar

A radiação solar, também chamada de radiação de onda curta, é a energia radiante

emitida pelo Sol, isto é, aquela transmitida sob a forma de ondas eletromagnéticas. De

maneira geral, os raios solares podem ser divididos em três faixas, segundo o comprimento de

onda: ultravioleta, luz visível e infravermelho. Além disso, a intensidade na qual esses raios

chegam à superfície terrestre depende das coordenadas geográficas do local (latitude,

longitude e altitude), da densidade do ar e da transparência da atmosfera (ROMERO, 2013).

O termo radiação global se refere a quantidade total de energia solar que atinge um

determinado plano. Seu valor pode ser calculado pela soma da radiação direta, a qual vem

diretamente do Sol, sem sofrer nenhum desvio, e difusa, que alcança a superfície após ser

dispersado por nuvens, partículas ou moléculas em suspensão na atmosfera.

24

A radiação solar absorvida pelas superfícies nas quais ela incide é convertida em

energia térmica e liberada para o ambiente sob a forma de calor, aquecendo o ar ao redor

delas. Desse modo, sua incidência em um determinado espaço é capaz de influenciar no

conforto térmico, como mostram as pesquisas de Givoni et al. (2003) e Taleghani et al.

(2014).

As trocas térmicas por radiação entre o corpo humano e o ambiente dependem da

temperatura média das superfícies ao seu redor (AULICIEMS, SZOKOLAY, 1997),

denominada temperatura radiante média. Apesar da radiação solar incidente poder ser medida

diretamente (em W/m²), a temperatura radiante média é mais utilizada em avaliações de

conforto térmico. Ela pode ser definida como a “temperatura uniforme de um ambiente

imaginário no qual a transferência de calor por radiação do corpo humano é igual à

transferência de calor por radiação em um ambiente real não uniforme” (LAMBERTS,

XAVIER, 2008).

Por fim, de acordo com Höppe (1999), em situações onde a velocidade do vento é

baixa, a temperatura radiante média possui a mesma importância que a temperatura do ar para

o balanço térmico. Por outro lado, o autor afirma que, para maiores velocidades, essa variável

é menos significativa devido à predominância das trocas de calor por convecção. Dessa

forma, conclui-se que, além da influência que essas variáveis exercem entre si, o

conhecimento da importância de cada uma delas para cada caso específico também é

fundamental para se compreender o conforto térmico.

2.1.2 Variáveis Individuais

Apesar dos índices de avaliação de conforto estabelecerem intervalos onde uma

condição de neutralidade seria verificada, diversas pesquisas observaram que grande parte das

pessoas se sente confortável ao experimentar leve calor ou frio, em valores fora dessas faixas

(YAO et al., 2018; NIKOLOPOULOU, STEEMERS, 2003). Adicionalmente, Lin (2009)

observou que a relação entre o valor do PET e a quantidade de pessoas em uma praça varia

dependendo da estação do ano, sendo positiva para os períodos mais frios e negativa para os

mais quentes. Tais circunstâncias podem ser explicadas pela grande importância que as

variáveis individuais possuem sobre a sensação de conforto térmico nesses locais.

Auliciems e Szokolay (1997) mencionam a idade, o gênero e o biotipo dos indivíduos

como características que afetam a sensação de conforto. Segundo os autores, pessoas com

25

idade mais avançada tendem a ter preferências térmicas mais restritas. Em relação ao gênero,

as mulheres, de maneira geral, preferem temperaturas 1ºC mais altas que os homens. Por

último, pelo fato de a dissipação do calor aumentar proporcionalmente à superfície corpórea,

pessoas mais magras trocam mais calor com o ambiente, podendo preferir temperaturas mais

elevadas.

De acordo com Nikolopoulou e Steemers (2003), para ambientes externos, os fatores

ambientais podem representar apenas aproximadamente 50% da variação nas avaliações de

conforto. Os autores ainda sustentam que o restante pode ser explicado por questões

individuais, relacionadas à adaptação física, psicológica e fisiológica dos indivíduos.

2.1.2.1 Adaptação Física ou Comportamental

As adaptações físicas ou comportamentais dizem respeito às ações realizadas pelas

pessoas a fim de se ajustarem às condições térmicas de um ambiente. Tais ações podem ser

divididas em interativas, relacionadas às mudanças do ambiente; e reativas, ligadas às

alterações pessoais (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS, 1999). No entanto, neste

trabalho serão apresentadas apenas a última, uma vez que ações que modificam as condições

em espaços externos são extremamente limitadas.

Em uma pesquisa realizada na cidade de Taichung, em Taiwan, Lin (2009) notou que

a ação mais comum para se adaptar à um ambiente muito quente seria a busca por sombra sob

as árvores, seguida pela busca por abrigo. O trabalho de Hirashima, Assis e Nikolopoulou

(2016) demonstra que, de fato, esse comportamento é habitual, uma vez que a maioria das

pessoas entrevistadas estavam em locais protegidos da ação do Sol. Por outro lado, para

temperaturas mais baixas, além da maior presença de pessoas em áreas com incidência solar

direta, procura-se por locais protegidos do vento (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS,

1999).

Outro mecanismo de adaptação reativa é o consumo de bebidas quentes ou frias, as

quais são capazes de alterar a produção metabólica de calor (NIKOLOPOULOU, BAKER,

STEEMERS, 1999). Nos estudos de Lin (2009), essa foi a terceira resposta mais frequente

entre os homens, tendo sida mencionada por 50% dos entrevistados.

Ainda, a vestimenta é, provavelmente, a forma mais comum de adaptação ao

ambiente. A unidade “clo” (ICL), do inglês “clothing”, foi criada com o intuito de quantificar o

isolamento térmico proporcionado por cada traje e colaborar com os estudos sobre o conforto

26

térmico (AULICIEMS, SZOKOLAY, 1997). O valor de 1 clo corresponde à 6,45 W/m²K ou

0,155 m²K/W. A Tabela 2 apresenta os valores típicos12 para alguns trajes.

Tabela 2 – Isolamento térmico para alguns trajes

Vestimenta ICL (clo)

Calça e camisa de manga curta 0,57

Calça e camisa de manga longa 0,61

Calça, camisa de manga longa e paletó 0,96

Saia e camisa de manga curta 0,54

Saia e camisa de manga longa 0,67

Saia longa, camisa de manga longa e paletó 1,10

Short de caminhada e camisa de manga curta 0,36

Calça de moletom e camisa de moletom 0,74

ASHRAE 55, 2010. Adaptado pelo Autor.

A quantidade de roupa utilizada irá variar de acordo com as condições climáticas,

sendo maior para climas mais frios e vice-versa. A escolha feita tem como objetivo oferecer a

resistência necessária para que as trocas térmicas entre o corpo e o ambiente configurem um

estado de conforto.

Por fim, observa-se que, de maneira geral, as medidas adaptativas aqui apresentadas,

além de sofrerem influência das condições climáticas, também são afetadas por questões

psicológicas.

2.1.2.2 Adaptação Psicológica

A adaptação psicológica está diretamente relacionada com a percepção e a preferência

térmica dos indivíduos em um determinado local. No entanto, para um mesmo espaço, as

respostas entre uma pessoa e outra poderão ser diferentes, em virtude de diversos fatores.

Entre eles, destacam-se os estímulos do ambiente e o controle percebido, as expectativas e as

experiências dos indivíduos (NIKOLOPOULOU, STEEMERS, 2003; LIN, 2009).

Os estímulos do ambiente, de acordo com Nikolopoulou e Steemers (2003), são a

principal razão para as pessoas usufruírem de um espaço externo. Os autores constataram que

a maioria dos usuários desses espaços apreciavam a sensação de leve calor ou frio,

12 Lista com valores de isolamento térmico para mais trajes. IN: AMERICAN SOCIETY OF HEATING,

REFRIGERATING AND AIR CONDITIONING ENGINEERS (ASHRAE), INC. Thermal Environmental

Conditions for Human Occupancy. Atlanta, 2010.

27

principalmente aqueles que vinham do interior de edifícios. Isso se justificaria pela existência

de um ambiente variado, com presença de sol, sombra, vento e ar fresco. Ainda mais, em uma

pesquisa conduzida em Belo Horizonte, Hirashima, Assis e Nikolopoulou (2016) observaram

que, sob as mesmas condições microclimáticas, pessoas em um espaço mais diversificado e

com maior presença de áreas naturais tendem a demonstrar maior grau de tolerância térmica.

Além de aumentar a tolerância térmica, a variedade de opções para aproveitar esses

recintos permite que os usuários passem mais tempo neles, uma vez que há um maior controle

sobre as condições térmicas experimentadas (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS,

2001). Outra questão relativa ao controle diz respeito à autonomia dos indivíduos quanto à sua

presença nesses locais. Lin (2009) notou que os melhores níveis de satisfação térmica em uma

praça foram verificados para aqueles que praticavam atividades de lazer, uma vez que

possuíam mais opções de locais para realiza-las, enquanto os piores foram para quem estava

apenas de passagem e tinham menos controle sobre a situação.

As expectativas sobre um ambiente representam as condições nas quais um indivíduo

espera que ele esteja e são influenciadas por sua memória recente, que, por sua vez, induzem

adaptações físicas (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS, 2001). Ademais, tais

condições também variam de acordo com a estação do ano e com o tipo de clima de cada

local, afetando tanto a percepção quanto a preferência térmica dos indivíduos.

Nesse sentido, estudos sugerem que, em regiões de clima quente, a temperatura que as

pessoas desejam é mais baixa do que a aquela na qual elas se sentem confortáveis em todas as

estações do ano, enquanto que nos climas frios a tendência é que isso ocorra apenas no verão

(LIN, 2009; HIRASHIMA, ASSIS, NIKOLOPOULOU, 2016, YAO et al., 2018).

Adicionalmente, percebe-se, ainda, que as regiões mais quentes geralmente apresentam zonas

de conforto com temperaturas mais elevadas (LIN, 2009; HIRASHIMA, ASSIS,

NIKOLOPOULOU, 2016) e que os habitantes de cidades com clima de menor amplitude

térmica parecem menos tolerantes ao frio e ao calor (HIRASHIMA et al., 2018).

2.1.2.3 Adaptação Fisiológica

Essa adaptação está ligada às mudanças nas respostas fisiológicas do corpo humano

devido às condições térmicas do ambiente. Entretanto, essas respostas são lentas, ocorrendo

progressivamente ao longo do tempo e de acordo com a frequência na qual o indivíduo está

28

exposto à tais condições. Sendo assim, ela não possui grande importância para o estudo do

conforto térmico em ambientes externos (NIKOLOPOULOU, BAKER, STEEMERS, 1999).

2.1.3 Temperatura Fisiológica Equivalente (PET)

A temperatura equivalente fisiológica (PET) é um índice de avaliação de conforto

idealizado por Höppe (1999) e está fundamentada na equação de balanço térmico do corpo

humano13. Seu valor representa a temperatura do ar na qual, em um ambiente interno

imaginário, o balanço térmico do corpo humano seria mantido com as mesmas temperaturas

da pele e interna que se encontrariam no ambiente analisado.

Para seu cálculo, as seguintes considerações acerca do ambiente interno são feitas: a

temperatura radiante média é igual à temperatura do ar; a velocidade do ar é de 0,1 m/s; a

pressão de vapor da água é de 12 hPa (equivale à umidade relativa de 50% à 20ºC). Além

disso, para o balanço térmico supõe-se um gasto energético de 80 W e isolamento térmico da

vestimenta de 0,9 clo.

Em comparação com outros índices, a principal vantagem do PET é apresentar os

resultados na unidade de graus Celsius (ºC), tornando mais fácil a sua compreensão

(MATZARAKIS et al., 1999). Höppe (1999) acrescenta, ainda, que é mais simples imaginar a

temperatura do ar em um ambiente interno do que em um externo, onde a variabilidade

climática é muito maior.

Por outro lado, por fixar a atividade e a vestimenta nos cálculos, as condições de

conforto para certos valores do PET podem não ser verídicas para outras circunstâncias.

Ainda, pelo fato de a percepção térmica ser influenciada por fatores psicológicos (ver item

2.1.2.2), seus valores devem ser calibrados individualmente para cada local e clima

(HIRASHIMA et al., 2018). A Tabela 3 apresenta os resultados da calibração do índice PET

para algumas cidades brasileiras e a percepção térmica associada.

Recentemente, esse índice tem sido utilizado de forma ampla em diversas pesquisas

(CALLEJAS, NOGUEIRA, 2013; HIRASHIMA et al., 2018; DRACH, BARBOSA, 2016;

LIN, 2009, EMMANUEL, ROSENLUND, JOHANSSON, 2007), com o objetivo de melhor

entender os impactos das variáveis ambientais, humanas e urbanas sobre o microclima e o

conforto nas cidades.

13 A equação utilizada por Höppe (1999) é similar à apresentada no item 2.1. Maiores detalhes sobre ela. IN:

HÖPPE, P. “The physiological equivalent temperature – a universal index for the biometeorological assessment

of the thermal environment”, International Journal of Biometeorology, v. 43, n. 2, pp. 71-75, out. 1999.

29

Tabela 3 – Resultados da calibração do índice PET para algumas cidades brasileiras

Percepção

Térmica

PET (°C)

Belo Horizonte

(HIRASHIMA et al., 2018)

São Paulo

(MONTEIRO, 2008)

Salvador

(ANDRADE et al., 2016)

Muito calor > 36 > 43 ≥ 34,1

Calor 32 - 35 > 31 29,4 - 34,1

Pouco calor 31 > 26 26,8 - 29,4

Confortável 16 - 30 18 - 26 < 26,8

Pouco frio 13 - 15 < 18 -

Frio < 12 < 12 -

Muito frio - < 4 -

Belo Horizonte – HIRASHIMA et al., 2018; São Paulo – MONTEIRO, 2008; Salvador – ANDRADE

et al., 2016. Adaptado pelo Autor.

FORMA URBANA E MICROCLIMA

O crescimento acelerado da população urbana e as alterações climáticas, em uma

escala global, têm provocado problemas de cunho socioambiental e impactado negativamente

na qualidade de vida nas cidades. A ineficiência dos sistemas de transporte, os altos níveis de

poluição e a ocorrência de eventos climáticos catastróficos evidenciam a necessidade de ações

que tornem as cidades mais eficientes e resilientes. No entanto, devido a outros aspectos,

como a especulação imobiliária e a inadequação da legislação urbana, as mudanças na

configuração física da urbe têm ido contra os interesses e necessidades da população.

A forma urbana é definida pela maneira como os elementos que compõem a cidade

estão organizados, ou seja, pelo traçado e tamanho das vias, pela dimensão dos quarteirões e

calçadas, pela volumetria e geometria dos edifícios, pela existência de espaços livres, pela

presença de vegetação, entre outros (ROCHA, 2018; XIMENES, 2016). A conformação e

alteração dos espaços urbanos e seus elementos levam em consideração fatores sociais,

culturais, políticos, econômicos, geográficos, ambientais e climáticos, conferindo uma

identidade única para cada cidade. Sendo assim, fica evidente a importância do estudo da

forma urbana para a proposição de alterações desses espaços e a imprescindibilidade de se

avaliar individualmente cada caso.

Esses elementos da forma urbana apresentam particularidades em uma escala menor

que a da cidade. Ao se percorrer um trajeto, é possível percebê-las em cada bairro, quarteirão

30

ou rua, por meio de edifícios com distintas expressões arquitetônicas e fins ou vias com

diferentes dimensões, níveis de arborização e sombreamento (BARBOSA; ROSSI; DRACH,

2014). Tais características são capazes de influenciar no consumo energético, na qualidade do

ar, no tipo de uso do solo e, também, no microclima. Em relação a este último, diversos

estudos recentes demonstram que os efeitos de uma forma urbana que não considerem as

características climáticas locais podem ser significativos e causar desconforto térmico.

Segundo Borges (2009), microclima pode ser definido como:

“resultado das variações climáticas decorrentes de um espaço de proporções

reduzidas, onde os principais elementos climáticos (temperatura e umidade

do ar, radiação, e velocidade do vento) sofrem influência direta do seu

entorno: elemento geográfico (topografia), edificações (gabarito, ocupação),

malha urbana, revestimentos, vegetação.” (BORGES, 2009).

Em cidades como o Rio de Janeiro, onde predomina o clima tropical úmido, algumas

diretrizes gerais de desenho urbano devem ser observadas a fim de adequar os espaços às

condicionantes climáticas e proporcionar conforto à sua utilização pelos habitantes. As altas

temperaturas e umidades, típicas desse clima, associadas à pouca ventilação e às mudanças na

cobertura do solo, as quais permitem o acúmulo de calor, são as principais causas das ilhas de

calor. Esse fenômeno microclimático é comum em áreas urbanas e é caracterizado pela

verificação de temperaturas mais elevadas em um determinado local, quando comparado com

regiões próximas (XIMENES, 2016). Como consequência disso, verifica-se o aumento do

consumo energético para sistemas de resfriamento e a piora da qualidade do ar, além do

desconforto térmico (BARBOSA, ROSSI, DRACH, 2014).

De acordo com Romero (2013), os principais elementos que devem ser controlados

nesse tipo de clima são: temperatura, umidade, vento, radiação e chuvas. Nesse sentido, as

propostas para os espaços urbanos devem procurar ampliar a ventilação e as perdas de calor

por evaporação e convecção, além de reduzir a incidência de radiação sobre os pedestres e sua

absorção pelos espaços construídos (ROMERO, 2013; DUARTE, 2015).

Uma das características da ocupação urbana é a impermeabilização do solo e o

revestimento dos edifícios com materiais de baixo albedo, isto é, baixa capacidade de

reflexão, tais como o asfalto e o concreto. Isso significa que, durante o dia, esses componentes

absorvem a radiação solar, aumentando suas temperaturas superficiais e do ar ao seu redor,

enquanto que, à noite, essa radiação é liberada sob a forma de calor. Esse efeito pode ser

mitigado por meio da substituição desses materiais por outros, com alto coeficiente de

31

reflexão, como pavimentos frios e telhados e fachadas claras, ou telhados e paredes verdes,

por exemplo.

Em uma comparação entre pavimentos frios e convencionais, Tsoka (2017) observou

que os primeiros podem proporcionar uma redução de até 10ºC na temperatura superficial.

Paralelamente, Chatzidimitriou e Yannas (2016) alertam que, apesar dessa redução, as

consequências sobre o conforto térmico podem ser negativas, uma vez que as múltiplas

reflexões da radiação solar aumentam a temperatura radiante média. No entanto, os autores

destacam que, nos telhados, materiais com alta refletividade não afetam o conforto no nível

do pedestre e que tal solução reduz a carga térmica no topo dos edifícios

(CHATZIDIMITRIOU, YANNAS, 2016) que, por sua vez, pode reduzir o gasto energético

(DUARTE, 2015).

É importante mencionar que as múltiplas reflexões, além do desconforto térmico,

podem causar ofuscamento e desconforto visual (EMMANUEL, ROSENLUND,

JOHANSSON, 2007; DUARTE, 2015). Entretanto, alguns recursos de projeto arquitetônico e

urbano são capazes de atenuar essas consequências. Entre eles, destacam-se as fachadas

irregulares, as quais refletem a radiação de maneira difusa; e a vegetação, que atua de maneira

mais ampla (ROMERO, 2013; DUARTE, 2015).

Nesse sentido, Barbosa (2005) afirma que a vegetação pode afetar quatro variáveis

microclimáticas: radiação solar, temperatura, umidade e velocidade do ar. Além disso, ela

ainda possui grande importância na purificação do ar, devido a estrutura foliar14 (BARBOSA,

2005), e na redução dos impactos da chuva (GIVONI, 1994), uma vez que permite a

infiltração da água no solo.

A capacidade de intervir sobre o microclima se deve ao fato de que a vegetação

aumenta o resfriamento evaporativo, bloqueia a passagem da radiação solar e possui maior

albedo que os materiais produzidos pelo homem (DUARTE, 2015; TALEGHANI, 2017).

Acrescenta-se, ainda, que parte da radiação é absorvida pelas plantas e utilizada no processo

de fotossíntese, sem ocasionar o aumento da temperatura (BARBOSA, 2005).

Por outro lado, essa interação depende das espécies vegetais, que possuem não só

diferentes tamanhos e formatos, mas também, taxas de evapotranspiração, de transmissão da

radiação solar, de reflexão e de permeabilidade ao vento. Sendo assim, na elaboração de um

14 Maiores detalhes sobre a atuação da vegetação como purificadora do ar. IN: BARBOSA, R. V. R., 2005,

Áreas Verdes e Qualidade Térmica em Ambientes Urbanos: estudo em microclimas de Maceió (AL).

Dissertação (Mestrado), Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos.

32

projeto urbano, é fundamental que se conheça as características das espécies e sua adequação

ao clima local.

Os estudos para entender o efeito da vegetação sobre o microclima têm concluído que

seu uso, seja ele em parques, arborização das vias ou em telhados verdes, é uma das

ferramentas mais efetivas para reduzir a temperatura do ar e atenuar os efeitos da ilha de

calor, proporcionando melhores condições de conforto térmico em ambientes urbanos

(CHATZIDIMITRIOU, YANNAS, 2016; TSOKA, 2017; THANI, MOHAMAD,

ABDULLAH, 2013; HWANG, LUM, CHAN, 2015; DRACH, BARBOSA, 2016; HIEN,

YUSUF, 2010).

Givoni (1994) afirma que a criação de áreas verdes abertas, como parques, por

exemplo, especificamente em regiões de clima quente e úmido, deve ter como objetivo formar

locais sombreados e promover a melhora da ventilação urbana, permitindo a passagem do

vento para áreas mais interiores da cidade. Além disso, observa-se que a influência desses

espaços não se restringe apenas à sua própria área, afetando a região ao seu redor (DIMOUDI,

NIKOLOPOULOU, 2003).

De acordo com Hwang, Lum e Chan (2015), o sombreamento é o fator mais

importante para a redução das temperaturas e, consequentemente, para a criação de locais

termicamente confortáveis em zonas tropicais. No entanto, deve-se salientar que ele deve

estar presente de maneira contínua e em maiores volumes para que seu efeito seja

potencializado (HWANG, LUM, CHAN, 2015; DIMOUDI, NIKOLOPOULOU, 2003).

Em contraste com os benefícios verificados, deve-se ressaltar que a vegetação também

pode prejudicar as condições de conforto. A grande concentração de árvores altas e com copas

densas aumenta o nível de umidade e bloqueia a passagem do vento, o que dificulta as trocas

de calor por evaporação e convecção (ver itens 2.1.1.2 e 2.1.1.3), enquanto que as árvores

com copas mais esparsas, além desses efeitos, não fornecem sombreamento suficiente

(GIVONI, 1994). Em vista disso, espécies vegetais com essas características devem ser

evitadas em regiões quentes e úmidas.

Além da vegetação, outros fatores que influenciam na ventilação e sombreamento dos

espaços urbanos são: a orientação das vias e a forma, as dimensões e o espaçamento entre as

edificações. O estudo dos seus efeitos sobre essas duas variáveis é fundamental para a

formação de espaços urbanos mais agradáveis, principalmente em ambientes de clima

tropical, já que podem mitigar os efeitos da ilha de calor.

A orientação das vias e as características dos edifícios é capaz de alterar o regime dos

ventos em uma área. Para viabilizar as melhores condições de ventilação, Givoni (1994)

33

afirma que as ruas devem ser paralelas à direção principal dos ventos durante a tarde, já que é

nesse período que as maiores temperaturas ocorrem. No entanto, essa configuração ocasiona a

sua canalização (ROMERO, 2013) e dificulta a ventilação entre os edifícios, caso eles sejam

pouco espaçados (GIVONI, 1994).

Por outro lado, nas vias perpendiculares ao vento, verifica-se que os edifícios atuam

como uma barreira, bloqueando sua passagem (ROMERO, 2013; GIVONI, 1994). A

existência de áreas pouco ventiladas é capaz de induzir a formação de ilhas de calor

(DRACH, CORBELLA, 2010). Portanto, o desenho urbano deve ser pensado de forma a

evitar a criação de zonas de estagnação.

Sendo assim, posicionar as vias com ângulo entre 30º e 60º com os ventos dominantes

é a configuração ideal para favorecer a ventilação em regiões de clima quente e úmido

(GIVONI, 1994). Orientá-las na direção Norte-Sul também contribui para a melhora do

microclima, uma vez que propicia uma maior proteção do Sol, o qual, em regiões tropicais,

apresenta alto ângulo de incidência (EMMANUEL, ROSENLUNG, JOHANSSON, 2007).

Além disso, alternar prédios altos com baixos e/ou deixá-los afastados entre si torna o

ambiente mais permeável aos ventos (ROMERO, 2013).

A dimensão e disposição das ruas e dos edifícios, além dos efeitos sobre a ventilação,

também podem contribuir com o sombreamento dos espaços urbanos. Nesse sentido, o

adensamento das áreas urbanas tem sido apontado por pesquisadores como uma possível

estratégia. Contudo, apesar dos seus benefícios, é necessária a realização de estudos mais

aprofundados a fim de verificar sua aplicabilidade em zonas de clima tropical.

2.2.1 Adensamento Urbano

O modelo de cidade compacta tem surgido como solução para os problemas

decorrentes da urbanização, uma vez que possibilita o encurtamento dos deslocamentos, a

redução do uso do automóvel e da emissão de poluentes, a maior facilidade na implantação de

meios de transporte de massa, menores custos com infraestrutura, entre outros. No entanto, a

densificação excessiva pode ocasionar uma verticalização exagerada das cidades, que por sua

vez prejudica a ventilação e a iluminação natural, além de favorecer o acúmulo de poluentes

atmosféricos (BARBOSA; DRACH; CORBELLA, 2010), colaborando para a formação de

ilhas de calor, principalmente em regiões tropicais.

34

Uma das formas de se avaliar a densidade de ocupação de uma determinada região é

por meio da relação entre a altura dos edifícios e a largura das vias (H/W). Nas pesquisas

feitas por Emmanuel, Rosenlund e Johansson (2007) e Chatzidimitriou e Yannas (2016),

verificou-se que esse fator possui forte vínculo com as temperaturas radiante média e do ar,

influenciando, consequentemente, as condições de conforto. Nos dois casos, os autores

observaram que o aumento da relação H/W levou a redução do PET, principalmente devido

ao sombreamento proporcionado pelos prédios.

Outro indicador utilizado para avaliar a densidade urbana é o fator de visão do céu

(FVC). Esse é um índice adimensional, que varia entre 0 e 1 e representa a quantidade de céu

visível existente em um determinado ponto. O FVC é reduzido à medida que novas

construções surgem no ambiente. Além disso, a vegetação também o reduz, uma vez que

restringe a observação da abóbada celeste.

A análise do FVC ajuda a compreender as trocas térmicas no meio urbano. Durante o

dia, os espaços abertos e com maior FVC tendem a apresentar temperaturas mais elevadas,

uma vez que recebem mais radiação solar, enquanto, à noite, as áreas mais densas e com

menor FVC se mostram mais quentes, pois a perda de calor é mais lenta (HIEN, YUSUF,

2010). Portanto, a investigação dos efeitos causados pelo adensamento deve ser feita antes de

escolhê-lo como diretriz para o desenvolvimento urbano, principalmente em regiões de clima

tropical.

Nesse sentido, Wei, Song, Wong e Martin (2016) verificaram que, para um mesmo

índice de aproveitamento15 do terreno, o FVC diminui com o aumento da taxa de ocupação16,

ou seja, a redução do espaçamento entre os prédios é mais significativa para o FVC do que a

redução dos gabaritos. Também, os autores perceberam que o mesmo efeito acontece ao se

fixar a taxa de ocupação e aumentar os gabaritos. Como consequências microclimáticas, esse

estudo demonstrou que a ampliação da taxa de ocupação, até certos limites, pode resultar na

redução das médias diárias da temperatura radiante média e do ar e melhorar o conforto

térmico dos pedestres.

Por outro lado, em locais já muito adensados, a simples introdução de um edifício

pode ser suficiente para restringir a ventilação e aumentar a temperatura de seus arredores,

que criam condições para a formação de ilhas de calor (DRACH, CORBELLA, 2010). No

caso da compactação de um bairro inteiro, por exemplo, os efeitos se mostram ainda maiores.

15 O índice ou coeficiente de aproveitamento representa a razão entre a área total construída e a área total do

terreno. 16 A taxa de ocupação representa a razão entre a área construída projetada e a área total do terreno.

35

Em simulações feitas para o bairro de Camboinhas, em Niterói, as diferenças de temperatura

observadas entre a situação espraiada e compactada chegaram até 4K (BARBOSA, DRACH,

CORBELLA, 2010). Um caso similar é verificado no bairro de Copacabana, no Rio de

Janeiro, onde o adensamento excessivo entre 1930 e 2010 também ocasionou o aumento da

temperatura (BARBOSA, ROSSI, DRACH, 2014).

Em suma, percebe-se que as interações entre o espaço construído e o natural possuem

grande complexidade e que pequenas alterações neles podem provocar impactos significativos

no clima urbano. Dessa forma, para a proposição de soluções adequadas e eficientes, é

necessário que se estude as características ambientais, urbanas e humanas, próprias de cada

localidade.

36

3 ESTUDOS MICROCLIMÁTICOS

LOCALIZAÇÃO DAS ÁREAS DE ESTUDO

A seleção das áreas de estudo buscou locais com diferentes características no que diz

respeito ao nível de adensamento, localização geográfica e densidade ocupacional. No

entanto, devido à localização litorânea da cidade do Rio de Janeiro, optou-se por escolher

regiões próximas ao mar, onde se tenha grande influência da brisa marítima. Além disso,

devido a uma limitação do software ENVI-met, foram escolhidos locais de relevo plano e com

dimensões de 600m x 600m. A Figura 3 apresenta a localização das áreas de estudo.

Figura 3 – Localização das Áreas de Estudo

GOOGLE MAPS, 2018.

A área de estudo 1 está localizada no bairro de Ramos (Figura 4), entre a Avenida

Brasil e a Baía de Guanabara, próxima a um espaço de lazer conhecido como “Piscinão de

Ramos” e a uma área livre, pertencente a Marinha do Brasil. A região apresenta forma urbana

irregular e com um solo altamente adensado, edificações majoritariamente baixas (até 3

pavimentos), praticamente sem afastamentos frontais e laterais e vias muito estreitas (becos).

A orla não possui faixa de areia, exceto por uma pequena parcela do “Piscinão”, e quase não

há presença de vegetação.

37

(a) (b)

Figura 4 – Área de Estudo: Ramos. (a) Imagem de satélite; (b) Vista da rua

GOOGLE MAPS, 2018.

A segunda área de estudo está localizada no bairro de Copacabana (Figura 5), próxima

a Praça Serzedelo Corrêa. A região apresenta forma urbana ortogonal e é altamente adensada,

porém, diferentemente da área 1, é composta majoritariamente por edificações altas (12

pavimentos), praticamente sem afastamento lateral, mas com um pequeno afastamento frontal.

As vias possuem aproximadamente 12 m de largura, com exceção da Avenida Atlântica (orla)

e a Avenida Nossa Senhora de Copacabana, que são mais largas. Além disso, há uma grande

faixa de areia entre a orla e o mar, com aproximadamente 80 m de extensão e a vegetação se

distribui de maneira esparsa.

(a) (b)

Figura 5 – Área de Estudo: Copacabana. (a) Imagem de satélite; (b) Vista da rua

GOOGLE MAPS, 2018.

38

A terceira área de estudo fica no bairro de Ipanema, vizinho a Copacabana, próxima a

Praça Nossa Senhora da Paz (Figura 6). Algumas semelhanças com Copacabana podem ser

verificadas, como a largura média das vias (12 m) e a forma urbana ortogonal. Por outro lado,

o bairro de Ipanema possui edificações mais baixas (entre 5 e 12 pavimentos) e, apesar de

adensada, conta com consideráveis afastamentos laterais, aumentando a área livre. Ademais, a

faixa de areia é ligeiramente menor, com cerca de 50 m, e nota-se a presença significativa de

vegetação em algumas vias do bairro.

(a) (b)

Figura 6 – Área de Estudo: Ipanema. (a) Imagem de satélite; (b) Vista da rua

GOOGLE MAPS, 2018.

METODOLOGIA DO ESTUDO

A metodologia deste estudo pode ser dividida em três etapas, onde a primeira

compreende a execução de simulações microclimáticas com o software ENVI-met, a segunda

a realização de medições meteorológicas in loco, e a última envolve o cálculo do índice de

conforto PET pelo software RayMan.

3.2.1 Simulações Microclimáticas com o ENVI-met

Inicialmente, foram feitas simulações microclimáticas das três áreas descritas no item

3.1 por meio do software ENVI-met (versão 3.1), utilizando-se como dados de entrada a

configuração urbana de cada local e as médias dos dados climáticos fornecidos pela estação

meteorológica do Forte de Copacabana para o verão de 2017 (INMET, s.d). Com isso,

39

buscou-se entender a influência da forma urbana sobre o microclima e identificar os locais

com maiores possibilidades de desconforto térmico.

O ENVI-met trabalha com um modelo tridimensional que simula o microclima urbano

e foi desenvolvido pelo geógrafo alemão Michael Bruse (BRUSE, 2009). Este modelo está

baseado nos princípios da mecânica dos fluídos, nas leis da termodinâmica, na fisiologia

vegetal e em ciências do solo e leva em consideração suas inter-relações (BRUSE, 2017).

Dessa forma, o programa calcula o balanço de energia por meio das variáveis: radiação,

reflexão, sombreamento de edifícios e vegetação, fluxo de ar, temperatura, umidade,

turbulência local e sua taxa de dissipação e trocas de água e calor dentro do solo. A Figura 7

apresenta uma esquematização desse modelo.

Figura 7 – Modelo do ENVI-met

BRUSE, 2009.

O modelo do ENVI-met é composto por células tridimensionais (grid cells) com

formato de cubo e de dimensões dx, dy e dz. Para iniciar a representação da área a ser

modelada, deve-se definir o tamanho do modelo, determinando a quantidade e o tamanho das

células. Para isso, considera-se o tamanho e a altura das edificações existentes na região de

estudo, e sua área (600m x 600m).

A escolha de células com grandes dimensões torna os resultados mais imprecisos, uma

vez que cada célula possuirá informações relativas ao solo, à vegetação e à edificação

existentes na região de estudo. Sendo assim, optou-se por células com dimensões 3,0m x 3,0m

x 3,0m para todos os modelos. Por conseguinte, o grid escolhido para cada área de estudo

neste trabalho foi de 200 x 200 x 30 (Figura 8).

40

Figura 8 – Dados para a criação do modelo, exemplo de Ipanema

A criação das células verticais (dz) pode ser feita de duas formas: equidistante, onde

todas as células terão a mesma dimensão (com exceção da primeira), e telescópica, onde o

valor de dz aumenta progressivamente com a altura17. A primeira forma foi utilizada nos

modelos de Ramos e Ipanema, enquanto, no caso de Copacabana, devido à existência de

edifícios muito altos, utilizou-se a forma telescópica.

Pelo fato de as células localizadas nas bordas do modelo não possuírem células

vizinhas, alguns problemas numéricos relacionados ao fluxo de vento e radiação podem

ocorrer. Dessa maneira, para evitar que as simulações tivessem problemas desse tipo, algumas

células bidimensionais (x,y), denominadas Nesting Grids, foram adicionadas.

O último passo da preparação do modelo das áreas envolve a definição do Norte de

cada área. Para facilitar o preenchimento das células, as áreas foram rotacionadas de modo

que os quarteirões ficassem paralelos às bordas do modelo. Os valores da rotação do Norte

para cada área de estudo foram: 40º para Ramos; 320º para Copacabana; e 0º para Ipanema.

A próxima etapa compreende o preenchimento das células com as informações

referentes à cobertura do solo, o tipo de vegetação e à altura das edificações. Para tal, foram

utilizadas imagens de satélite, de modo a simplificar esse processo (Figura 4a, Figura 5a e

Figura 6a).

Em relação aos dados de entrada para as edificações, cada célula deve ser preenchida

com a altura do edifício correspondente. Dessa forma, foi feita uma estimativa de altura de

cada prédio na região de estudo com base no número de pavimentos, considerando um pé

direito de 3 m.

17 Maiores detalhes sobre a criação das células verticais. IN: <http://www.envi-

met.info/documents/onlinehelpv3/hs790.htm> Acesso em 09/07/18.

41

Quanto aos dados de solo, o programa dispõe de uma base de dados com 20 tipos de

solo, cada um com características específicas, como condutividade hidráulica, térmica e

capacidade de campo18. Com auxílio das imagens de satélite e imagens do Google Maps

pôde-se observar o tipo de solo em cada área de estudo e selecionar a que mais se adequava a

cada local.

Assim como a base de dados de solo, a de vegetação também possui diversos tipos.

Existem 26 espécies com características particulares, como a densidade de área foliar e a

altura da espécie19. As espécies utilizadas nos modelos foram “sk” (árvore com 15m de altura,

densidade alta, com coroa definida) e “g” (grama com 50cm de altura, densidade média), pois

são as mais semelhantes com a vegetação dos bairros. A Figura 9 apresenta a modelagem

simplificada de uma das áreas a partir das imagens de satélite.

Além desses dados, ainda é possível adicionar receptores no modelo. Posicionados em

pontos específicos, o objetivo deles é fornecer informações mais detalhadas sobre a

atmosfera, as superfícies e o solo. Os resultados dos receptores foram utilizados

posteriormente como dados de entrada para o cálculo do PET (ver item 4.3).

Cabe ressaltar que os modelos feitos no ENVI-met são aproximações da realidade,

uma vez que as imagens de satélite que serviram como base para a modelagem não possuem

resolução suficiente para uma representação real das áreas. Além disso, essas imagens causam

o efeito de paralaxe, que cria uma ilusão visual de que as edificações estão inclinadas

(ROCHA, 2018).

Figura 9 – Modelagem feita a partir de uma imagem de satélite, exemplo de Ipanema

18 Maiores detalhes sobre as características de cada tipo de solo. IN: <http://www.envi-

met.info/documents/onlinehelpv3/hs310.htm> Acesso em 10/07/18. 19 Maiores detalhes sobre as características de cada espécie vegetal. IN: <http://www.envi-


42

Após a criação e preparação dos modelos, é necessário gerar um arquivo de

configuração com as condições iniciais das simulações e dados sobre os arquivos utilizados e

criados (Figura 10). Os parâmetros necessários são: nome da simulação, diretório do arquivo

de entrada do modelo, nome do arquivo de saída, diretório do arquivo de saída, data e hora de

início da simulação, duração da simulação, intervalo de tempo entre o armazenamento de

dados, velocidade e direção do vento, rugosidade da superfície, temperatura inicial do ar,

umidade específica a 2500m e umidade relativa a 2m20.

Figura 10 – Arquivo de configuração do ENVI-met, exemplo de Ipanema

Os parâmetros climáticos foram os valores médios de temperatura, umidade relativa,

velocidade e direção do vento do verão de 2017, fornecidos pela estação localizada no Forte

de Copacabana (INMET, s.d), e são: temperatura inicial do ar de 300,45 K; umidade relativa

de 73,1%; velocidade do vento de 2,6 m/s e direção do vento de 135º (Sudeste).

Além disso, considerou-se uma umidade específica de 9,8 gramas de água por

quilograma de ar e rugosidade de 0,1. Por fim, as simulações foram feitas a partir do dia

31/12/2016 às 6:00 e tiveram duração de 48 horas, com armazenamento de dados a cada 1

hora. Os resultados foram obtidos para o dia 01/01/2017 às 12h (13h, no horário de verão) e

serão apresentados no item 4.1 deste trabalho.

20 Maiores detalhes sobre os parâmetros do arquivo de configuração. IN: <http://www.envi-


43

3.2.2 Medições Meteorológicas in loco

As medições meteorológicas in loco foram realizadas com o objetivo de verificar a

veracidade das condições encontradas nas simulações. Para isso, após a análise dos resultados

do ENVI-met, foram selecionados 11 pontos ao longo do bairro de Copacabana. Inicialmente,

por apresentar as piores condições microclimáticas (ver item 4.1), as medições seriam feitas

em Ramos. No entanto, por questões de segurança, preferiu-se realiza-las em Copacabana.

As variáveis medidas, suas unidades e os equipamentos utilizados para tal se

encontram no Quadro 1.

Quadro 1 – Variáveis medidas in loco

Variável Unidade Equipamento

Temperatura do Ar °C Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350

Temperatura de Ponto de

Orvalho °C Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350

Temperatura de Bulbo

Úmido °C Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350

Umidade Relativa do Ar % Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350

Radiação Solar W/m² Medidor de energia solar modelo MES-100

As quatro primeiras variáveis foram medidas pelo Termo-higrômetro digital portátil

modelo HT-350 (Figura 11). As especificações do aparelho podem ser observadas na Tabela

4. O equipamento ficou apoiado sobre um tripé durante todo o tempo de medição, em uma

altura fixada em 1,20m (Figura 12 – Termo-higrômetro apoiado no tripé). Além disso, uma

chapa de madeira fina foi utilizada como proteção radiativa ao sensor (Figura 12), como

recomendado por Lamberts e Xavier (2008).

Tabela 4 – Especificações do Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350

Variável Faixa de Medição Precisão Resolução

Temperatura -30°C a 100°C ± 0,8°C 0,01°C

Temperatura de Ponto de Orvalho -30°C a 100°C ± 1,0°C 0,1°C

Temperatura de Bulbo Úmido 0ºC a 80ºC ± 1,0°C 0,1°C

Umidade Relativa 0 a 100% ± 5% 0,01%

INSTRUTHERM, 2015. Adaptado pelo Autor.

44

Figura 11 – Termo-higrômetro digital portátil modelo HT-350

Figura 12 – Termo-higrômetro apoiado no tripé

A radiação solar foi mensurada pelo medidor de energia solar modelo MES-100

(Figura 13). O aparelho possui escala de medição de 0 a 2000 W/m², resolução de 0,1 W/m² e

precisão de ± 10 W/m² ou 5%, o que for maior (INSTRUTHERM, 2009). As leituras foram

feitas estabilizando-se o equipamento sobre a chapa de madeira, apontando em direção ao Sol,

conforme informado no seu manual de instruções.

Figura 13 – Medidor de energia solar modelo MES-100

45

Uma planilha foi utilizada para o registro dos dados medidos e pode ser encontrada no

Apêndice 1. Nela, além das variáveis citadas anteriormente, ainda foram anotados o horário

da medição, o número e as coordenadas geográficas do local e observações acerca do

ambiente.

Os pontos onde as medições foram feitas estão indicados na Figura 14 e a ordem da

numeração representa o percurso feito. A pesquisa foi executada em um dia ensolarado e com

poucas nuvens, em 14 de agosto de 2018. A primeira leitura se deu ao meio dia (12:00),

depois de manter o termo-higrômetro estabilizando por 2 horas, conforme recomenda o

manual de instruções. As demais leituras se sucederam a cada 20 minutos, sendo

aproximadamente 5 minutos para a locomoção entre um ponto e outro e 15 minutos para nova

estabilização do equipamento e tomada dos dados.

Figura 14 – Pontos de medição em Copacabana

GOOGLE MAPS, 2018. Adaptado pelo Autor.

Para que os dados medidos em Copacabana pudessem ser comparados com os

encontrados na simulação do ENVI-met, foi necessário realizar uma equalização deles para o

dia 01 de janeiro de 2017 às 12h, data na qual foi feita a simulação. Nesse sentido, utilizou-se

os dados coletados por uma das estações meteorológicas pertencentes ao INMET, localizada

no Forte de Copacabana e próxima ao local das medições.

Para essa estação, o INMET divulga informações meteorológicas horárias em UTC,

que possui diferença de três horas em relação ao fuso brasileiro (duas no horário de verão).

46

Por isso, inicialmente, precisou-se corrigir o horário encontrado nos dados do INMET para o

horário local. A Equação 2 apresenta a correção feita.

𝐻𝑜𝑟𝑎 𝑑𝑜 𝑅𝐽 (ℎ𝑜𝑟á𝑟𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑟ã𝑜) = 𝑈𝑇𝐶 − 2 (Eq. 2)

Adicionalmente, pelo fato de as medições terem sido feitas em horários fracionados,

assumiu-se um horário de referência para cada uma delas, a fim de poder compará-las com os

dados da estação do Forte de Copacabana. A Tabela 5 demonstra o horário da medição e o de

referência para cada ponto analisado.

Tabela 5 – Horário de referência para as medições

Ponto Horário da medição Horário de referência

1 12:00

12 2 12:20

3 12:40

4 13:00

13 5 13:20

6 13:40

7 14:10

14 8 14:30

9 14:50

10 15:10 15

11 15:30

Em um primeiro momento, fez-se a equalização dos dados para a data da simulação.

Para isso, além dos resultados das medições, coletaram-se os dados da estação do Forte de

Copacabana para as datas das medições e da simulação, ambas no horário de referência. A

relação entre essas variáveis pode ser observada na Equação 3.

𝑀01

𝐸01=

𝑀14

𝐸14

(Eq. 3)

Onde:

M01 é o dado equalizado para o dia 01/01/2017, no horário de referência;

E01 é o dado medido na estação do Forte no dia 01/01/2017, no horário de referência;

M14 é o dado medido em Copacabana no dia 14/08/2018;

E14 é o dado medido na estação do Forte no dia 14/08/2018, no horário de referência.

Em seguida, efetuou-se a equalização para o horário de simulação. Para tal, utilizou-se

a média dos dados da estação e os dados equalizados, ambos no dia 01 de janeiro de 2017, nos

horários de referência, e o dado medido pela estação no horário de referência equivalente ao

47

da simulação, ou seja, 12h. A Equação 4 mostra o cálculo feito para se obter os dados

equalizados. Os resultados serão apresentados no item 4.2 deste trabalho.

𝑀𝑒𝑞

𝐸ℎ,01=

𝑀01

𝐸𝑀,01

(Eq. 4)

Onde:

Meq é o dado equalizado para o dia 01/01/2017 às 12h;

Eh,01 é o dado medido na estação do Forte no dia 01/01/2017 às 12h;

M01 é o dado equalizado para o dia 01/01/2017, no horário de referência;

EM,01 é a média dos dados da estação no dia 01/01/2017, nos horários de referência.

3.2.3 Cálculo do PET com o RayMan

Por fim, utilizaram-se os dados climáticos obtidos em pontos específicos no modelo

computacional, informações geográficas do Rio de Janeiro e características humanas como

dados de entrada para o cálculo do índice PET no software RayMan Pro (versão 3.1 Beta),

com o objetivo de avaliar o conforto térmico em diferentes locais da cidade.

O RayMan Pro trabalha com um modelo de microescala que calcula os fluxos de

radiação em ambientes simples ou complexos, em datas, horários e locais específicos

(MATZARAKIS et al., 2007; 2010). Além do PET, ele ainda fornece os resultados para

outros índices de conforto e, também, para a órbita solar, radiação global, sombreamento,

entre outros.

Para realizar os cálculos, o programa necessita apenas de três parâmetros

microclimáticos: temperatura e umidade do ar e velocidade do vento. Além disso, ele é capaz

de determinar a temperatura radiante média com base na radiação global ou na nebulosidade.

No entanto, o RayMan permite a utilização de outros dados de entrada21, entre eles a

temperatura superficial, a radiação global, a pressão de vapor e a própria temperatura radiante

média.

O programa também considera dados individuais, tais como a altura, o peso, o sexo, a

idade, a vestimenta, a atividade e a posição do indivíduo, e geográficos, como a latitude, a

longitude, a altitude e o fuso horário. Ainda, é possível inserir informações acerca da

topografia do terreno, dos obstáculos (edifícios e vegetação) e do fator de visão do céu. A

Figura 15 apresenta a tela inicial do programa com seus principais parâmetros de entrada.

21 Maiores detalhes sobre os dados de entrada. IN: FRÖHLICH, D.; MATZARAKIS, A. RayMan Pro: A tool

foi Applied Climatology. 2018.

48

Figura 15 – Tela inicial do RayMan com os parâmetros fixos utilizados

Neste trabalho, os dados de entrada utilizados no RayMan foram aqueles obtidos para

os receptores nas simulações do ENVI-met. A Figura 16 apresenta suas posições

aproximadas. Cada receptor forneceu as seguintes informações: temperatura do ar, umidade

relativa, velocidade do vento, temperatura superficial e temperatura radiante média. No

Apêndice 2, encontra-se uma tabela com os valores dessas variáveis para cada receptor. Além

disso, considerou-se a mesma data e horário das simulações para o cálculo do PET. A Tabela

6 apresenta os parâmetros fixos para todos os cálculos. Os resultados do PET serão

apresentados no item 4.3 deste trabalho.

Tabela 6 – Parâmetros de Entrada do RayMan

Data 01/01/2017

Horário 12:00

Latitude geográfica (°E) -43°16’

Longitude geográfica (°N) -22°54’

Altitude do local (m) 0

Fuso horário (UTC + h) -3.0

Altura do indivíduo (m) 1,75

Peso do indivíduo (kg) 75,0

Idade do indivíduo 35

Sexo do indivíduo Masculino

Vestimenta (clo) 0,6

49

Atividade (W) 200

Posição Em pé

(a) (b)

(c)

Figura 16 – Localização aproximada dos receptores: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema


50

4 ANÁLISE DOS RESULTADOS E DISCUSSÕES

Assim como o item anterior, a apresentação dos resultados também foi dividida em

três subtópicos, sendo o primeiro referente às simulações com o ENVI-met, seguido pelos

resultados das medições no bairro de Copacabana e dos cálculos do índice PET pelo RayMan.

SIMULAÇÕES MICROCLIMÁTICAS COM O ENVI-MET

A partir das simulações dos modelos no ENVI-met, obtiveram-se mapas para os

seguintes parâmetros: temperatura do ar; velocidade do vento; umidade; fator de visão do céu;

radiação direta; radiação difusa; temperatura radiante média; e temperatura superficial.

Conforme descrito no item 3.2.1, os resultados dizem respeito ao dia 01/01/2017 às 12h (13h,

no horário de verão). Além disso, todos eles foram obtidos na altura do pedestre (z = 1,20 m),

com exceção da Temperatura Superficial (Figura 24), que foi obtida para z = 0 m.

A Figura 17 ilustra as variações da temperatura do ar verificadas nos bairros

estudados. Pode-se perceber que as piores condições foram encontradas no bairro de Ramos e,

as melhores, no bairro de Ipanema, com diferenças de aproximadamente 3K. O bairro de

Copacabana se mostrou ligeiramente menos quente que o primeiro e mais quente que o

último.

(a) Ramos 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m) (b) Copacabana 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)

51

(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)

Figura 17 – Temperatura do Ar: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema

Em Ramos, acredita-se que as estreitas vias do bairro e o elevado número de

edificações sem espaçamento e com gabaritos semelhantes possa ter contribuído para as

temperaturas mais elevadas. Esses aspectos dificultam a penetração dos ventos nas vias

internas do bairro, como se observa na Figura 18. Situação oposta é encontrada em Ipanema,

onde as vias mais largas e a configuração urbana com edifícios mais baixos e espaçados

favorecem a ventilação e justificam sua menor temperatura.


52

(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)

Figura 18 – Velocidade do Vento: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema

Além desses fatores, a permeabilidade dos ventos também pode ter sofrido influência

da orientação e do posicionamento das ruas. Esse efeito é mais notável em Copacabana, onde

as ruas perpendiculares a orla são praticamente paralelas à direção do vento, provocando sua

canalização. As consequências disso, no que diz respeito a temperatura do ar, parecem ser

negativas. Supõe-se que, devido às altas temperaturas da orla, o vento que adentra no bairro

possui a mesma característica, acarretando no aumento da temperatura. Por outro lado, as vias

transversais a essas apresentaram níveis de ventilação muito reduzidos.

Constatou-se, também, que a maior permeabilidade dos ventos ajuda a reduzir a

umidade relativa do ar (Figura 19). Os índices de umidade em Copacabana e Ipanema se

mostraram relativamente semelhantes, sendo ligeiramente menores para o primeiro. Essa

diferença pode ser explicada pela maior velocidade dos ventos em algumas de suas vias e pela

menor presença de vegetação. Além disso, notou-se uma alta umidade nas praças dos dois

bairros, possivelmente gerada pela maior quantidade de árvores. Por outro lado, Ramos

obteve as maiores porcentagens, possivelmente pela menor penetração do vento.

53


(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)

Figura 19 – Umidade Relativa: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema

O fator de visão do céu (FVC) representa a quantidade de céu visível em um

determinado ponto (ver item 2.2.1). A Figura 20 apresenta esse parâmetro considerando as

edificações e a vegetação dos bairros. Devido a presença de prédios altos e a arborização das

vias, Ipanema apresentou os menores valores para o FVC. Já em Copacabana, apesar dos

edifícios mais altos, o FVC é um pouco maior pelo fato de possuir menos área vegetada. Por

fim, o maior FVC foi observado em Ramos, onde as edificações são baixas e as vias contam

com pouca arborização.

54


(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)

Figura 20 – Fator de Visão do Céu: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema

Os resultados do FVC podem ser relacionados com os da radiação direta e difusa

(Figura 21 e Figura 22, respectivamente). Percebe-se que a incidência de radiação direta fica

entre 935 W/m² e 940 W/m² em todos os pontos dos bairros, com exceção daqueles

protegidos pela vegetação, onde não há incidência direta. Além disso, notou-se que, para essa

época do ano e nesse horário, não há qualquer sombreamento proporcionado pelas

edificações, uma vez que o ângulo de incidência solar é próximo de 90°.

55


(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)

Figura 21 – Radiação Direta: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema

Por outro lado, a Figura 22 demonstra que a radiação difusa é menor nos locais com

menor FVC. Como os raios dispersos pela atmosfera chegam à superfície terrestre em ângulos

variados, os edifícios mais altos atuam como um anteparo, protegendo as vias do interior do

bairro. Por possuir casas de menor altura, a incidência de radiação difusa sobre o bairro de

Ramos foi maior que nos outros dois bairros, sendo essa uma das razões para as temperaturas

mais elevadas.

56


(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)

Figura 22 – Radiação Difusa: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema

Outros dois resultados relevantes para o microclima nesses bairros também foram

analisados: a temperatura radiante média (Figura 23) e a temperatura superficial (Figura 24).

Em relação ao primeiro, observa-se que nos bairros de Copacabana e Ipanema houve maior

variação, com picos de temperatura nas áreas entre as edificações. Tal fato se deve,

possivelmente, pelas múltiplas reflexões da radiação nos prédios. Entretanto, devido ao

sombreamento, os pontos situados sob a vegetação apresentaram menores valores.

57


(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 1,20 m)

Figura 23 – Temperatura Radiante Média: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema

Assim como a temperatura radiante média, a temperatura superficial também foi

atenuada nos locais protegidos pela vegetação. Ressalta-se, ainda, que as regiões asfaltadas e

mais expostas à radiação, como na orla de Copacabana e Ipanema, foram as mais quentes.

Ademais, as áreas pavimentadas podem ter influenciado na redução da umidade.

58

(a) Ramos 12h 01.01.2017 (z = 0 m) (b) Copacabana 12h 01.01.2017 (z = 0 m)

(c) Ipanema 12h 01.01.2017 (z = 0 m)

Figura 24 – Temperatura Superficial: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema

Por fim, a Figura 25 ilustra as três configurações urbanas analisadas e suas

volumetrias. É possível observar as diferentes características de cada bairro, como os baixos

gabaritos das casas e as estreitas vias do bairro de Ramos, a barreira de edifícios em

Copacabana e o espaçamento entre as edificações em Ipanema.

Por meio da análise comparativa dos resultados, nota-se que, para as mesmas

condições climáticas, configurações urbanas com diferentes volumetrias das edificações,

orientações e dimensões das vias e quarteirões e a quantidade de vegetação podem provocar

variações significativas no microclima local. A fim de melhorar as condições microclimáticas

em regiões de clima tropical, a configuração dos espaços urbanos deve visar a ampliação da

ventilação e a proteção contra a radiação.

59

A compactação excessiva e a ausência de espaçamento entre as edificações nos bairros

de Copacabana e Ramos foram os principais fatores para o aumento da temperatura nesses

bairros. Em relação ao último, a ausência de arborização intensificou ainda mais esse efeito.

Em contrapartida, os resultados de Ipanema sugerem que um certo grau de adensamento

urbano pode favorecer o sombreamento nas cidades, desde que esteja aliado a uma maior

porosidade dos espaços, com alternância de gabaritos e afastamento entre as edificações, e a

boa distribuição da vegetação.

Por fim, destaca-se que o uso do ENVI-met permitiu a análise de diversos parâmetros

microclimáticos relevantes para o bem-estar e satisfação dos habitantes de uma cidade. O uso

de ferramentas computacionais como essa pode auxiliar na tomada de decisões no que diz

respeito às alterações dos espaços urbanos.

(a) Ramos

(b) Copacabana

60

(c) Ipanema

Figura 25 – Modelos em três dimensões: (a) Ramos; (b) Copacabana; (c) Ipanema

MEDIÇÕES METEOROLÓGICAS IN LOCO

Como explicado no item 3.2.2, os dados de temperatura e umidade medidos em

Copacabana ao longo do dia 14 de agosto de 2018 precisaram ser equalizados para que fosse

possível compará-los com os resultados da simulação do ENVI-met, feita para o dia 01 de

janeiro de 2017 às 12h. A Figura 26 apresenta os pontos de medição em Copacabana e a

Tabela 7 os valores de temperatura e umidade equalizados. Tabelas mais detalhadas podem

ser encontradas no Apêndice 3.

Figura 26 – Pontos de medição em Copacabana


61

Tabela 7 – Temperatura e Umidade equalizadas

Ponto Temperatura Equalizada para

o dia 01/01/17 às 12h (°C)

Umidade Equalizada para

o dia 01/01/17 às 12h (%)

1 28,0 63,8

2 29,8 61,0

3 28,3 63,3

4 32,9 57,8

5 32,5 58,0

6 36,8 49,7

7 31,5 62,3

8 30,4 65,1

9 29,8 66,8

10 32,5 60,0

11 30,7 63,9

Percebe-se que o Ponto 6, localizado na esquina da Rua Santa Clara com a Rua

Domingos Ferreira, foi o que apresentou a maior temperatura e a menor umidade após a

equalização dos dados. Esse resultado está de acordo com a simulação do ENVI-met (Figura

17a e Figura 17b) e reforça a hipótese de que, nesse local, o vento contribui para o aumento

da temperatura e redução da umidade.

Além disso, o Ponto 1, situado na Praça Serzedelo Corrêa, obteve as menores

temperaturas, o que também confirma o resultado das simulações (Figura 17b). Acredita-se

que a presença da vegetação nessa região colabore com a redução da temperatura ao diminuir

a incidência direta da radiação sobre as superfícies ao seu redor.

No entanto, os valores da temperatura equalizados e sua variação foram, de maneira

geral, maiores do que os encontrados no modelo computacional, o que sugere que o ENVI-

met tende a subestimar as temperaturas máximas e suas variações. Essa constatação está de

acordo com as verificações de Emmanuel, Rosenlund e Johansson (2007).

Em relação a umidade, com exceção do Ponto 6, todos os pontos oscilaram entre

57,8% e 66,8%, o que está próximo das porcentagens verificadas na simulação. Por outro

lado, a umidade da Praça Serzedelo Corrêa obtida na simulação se mostrou muito maior do

que a equalizada (Figura 19b). Tal fato pode ter sido causado por um equívoco na modelagem

da área, ao considerar mais vegetação do que de fato existe.

Conclui-se, portanto, que o ENVI-met pode ser extremamente eficiente na previsão

das condições microclimáticas de uma determinada área. Entretanto, é necessário que se

atente à preparação do modelo computacional, o qual deve ser o mais fiel possível à realidade.

Além disso, sua associação às medições in loco pode auxiliar na compreensão dos resultados.

62

CÁLCULO DO PET COM O RAYMAN

A Tabela 8 apresenta os resultados calculados pelo RayMan para o índice PET. Uma

tabela com os parâmetros de entrada pode ser encontrada no Apêndice 2. Observa-se que o

bairro de Ipanema apresentou a menor média do índice (39,5°C), enquanto Copacabana

apresentou a maior (43,1°C). A média em Ramos foi de 42,3°C.

Tabela 8 – Índice PET para os três bairros estudados

BAIRRO RECEPTOR PET (°C)

COPACABANA C1 43,0

COPACABANA C2 45,4

COPACABANA C3 47,1

COPACABANA C4 37,0

MÉDIAS COPACABANA 43,1

IPANEMA I1 45,5

IPANEMA I2 42,0

IPANEMA I3 29,0

IPANEMA I4 41,3

MÉDIAS IPANEMA 39,5

RAMOS R1 41,9

RAMOS R2 40,1

RAMOS R3 41,1

RAMOS R4 45,9

MÉDIAS RAMOS 42,3

Em um primeiro momento, deve-se mencionar que a variação da temperatura do ar

entre todos os receptores foi de menos de 1°C, sendo pouco significativa para a variação do

PET. Em contrapartida, percebeu-se que as alterações na velocidade do vento e na

temperatura radiante média tiveram maior importância.

O maior valor do PET foi verificado em Copacabana, na Praça Serzedelo Corrêa (C3).

Apesar da praça ser amplamente arborizada, esse receptor ficou em um ponto exposto

diretamente ao Sol. Ainda que a temperatura do ar tenha sido ligeiramente menor que em

outros pontos do bairro, acredita-se que a alta umidade e temperatura radiante média e a baixa

velocidade do vento expliquem esse valor. Ainda, é possível que a vegetação tenha bloqueado

a passagem do vento nessa região, fortalecendo a suposição de que ela pode ter efeitos

negativos sobre o conforto térmico de um espaço.

Por outro lado, a melhor condição do bairro foi encontrada na região que apresentou a

maior velocidade do vento (C4). Além disso, a temperatura do ar aproximadamente 0,5°C

63

mais baixa que a dos receptores C1 e C2 pode ser consequência da proximidade com a

vegetação da Praça e um dos fatores pelo qual esse ponto apresentou o menor PET.

O ponto que apresentou o menor PET fica no bairro de Ipanema, na esquina das ruas

Maria Quitéria e Prudente de Morais (I3). Supõe-se que a boa distribuição da vegetação foi

capaz de proporcionar sombreamento de maneira efetiva e reduzir consideravelmente a

temperatura radiante média. Além disso, o fato de haver ventilação colaborou com a redução

do PET nesse ponto.

O ponto mais crítico de Ipanema foi na esquina das ruas Visconde de Pirajá e Aníbal

de Mendonça (I1). Acredita-se que, por se tratar de uma das áreas menos arborizadas do

bairro, esse ponto apresentou a maior temperatura radiante média e, consequentemente, o

maior PET.

Em Ramos, notou-se que a variação da temperatura radiante média e do PET foi

menor do que em outros bairros. O maior PET foi encontrado para o receptor R4, situado no

cruzamento de duas vias do bairro, onde há pouca ventilação. Já o menor índice foi verificado

para o receptor R2, próximo à Baía de Guanabara, onde a velocidade do vento é maior.

Em suma, ao comparar os índices calculados para os bairros de Ramos, Copacabana e

Ipanema com aqueles calibrados para Belo Horizonte, São Paulo e Salvador (Tabela 3),

observa-se que, de maneira geral, a sensação é de calor ou muito calor. Isso se deve ao fato de

que, no verão, devido ao alto ângulo de incidência solar, o sombreamento proporcionado

pelas edificações é reduzido, ocasionando o aumento das temperaturas do ar e radiante média.

Além disso, as configurações urbanas mais adensadas tendem demonstrar menores

velocidades do vento, contribuindo para o desconforto. Os resultados do índice PET reforçam

a importância das estratégias que visem melhorar a ventilação e o sombreamento e,

consequentemente, o conforto térmico em espaços urbanos, principalmente em regiões

tropicais.

64

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

As adaptações nas cidades, exigidas pelo crescimento da população urbana e pelas

mudanças climáticas, representam um dos grandes desafios para a sociedade atualmente. A

proposição de soluções eficientes requer o conhecimento das particularidades de cada cidade,

da relação entre o espaço construído com o natural e de que maneira esses fatores afetam o

bem-estar dos indivíduos.

Nesse trabalho, buscou-se entender essas interações e seus efeitos em bairros com

diferentes configurações urbanas: Ramos, Copacabana e Ipanema, na cidade do Rio de

Janeiro. O uso do ENVI-met permitiu uma análise microclimática mais ampla, uma vez que

forneceu resultados para diversos parâmetros. Além disso, as medições in loco validaram,

com boa precisão, as simulações feitas pelo programa. Todavia, os resultados obtidos nas

simulações foram para uma data específica e se basearam nas médias meteorológicas do

verão, representando, de maneira geral, as condições nessa época do ano.

Os resultados desse estudo estão em conformidade com os encontrados na bibliografia

e reforçam a importância da ventilação e do sombreamento nos espaços urbanos,

principalmente em regiões de clima tropical.

Em relação a ventilação, verificou-se que a melhor situação é encontrada quando há

espaçamento entre os edifícios e alternância de seus gabaritos, como no caso de Ipanema. Por

outro lado, a existência de edificações sem afastamento e com altura constante, ainda que

baixa, é capaz de influenciar negativamente a circulação de ar. Além disso, notou-se que a

orientação e a dimensão das vias também são capazes de alterar o regime dos ventos.

A ocupação urbana é caracterizada pela substituição do solo natural e da vegetação por

pavimentos impermeáveis e grandes edifícios, o que aumenta a retenção de calor. Somado a

isso, a incidência solar sobre essas superfícies aumenta ainda mais a temperatura em zonas

urbanas, sendo um dos principais fatores para a piora do microclima. Para atenuar esse efeito,

é fundamental que o ambiente disponha de proteção contra a radiação. Dessa forma, o

sombreamento no ambiente urbano pode ser feito por meio dos próprios prédios e, também,

pela vegetação.

Observou-se que, durante o verão no Rio de Janeiro, os ângulos solares são muito

elevados, limitando o sombreamento proporcionado pelas edificações. Ainda, o adensamento

excessivo pode dificultar a penetração dos ventos. A associação da alta radiação solar com a

baixa velocidade dos ventos pode resultar na formação de ilhas de calor, a qual possui, entre

65

as suas consequências, o maior gasto energético com sistemas de refrigeração, a poluição do

ar e o desconforto térmico (BARBOSA, ROSSI, DRACH, 2014).

No que diz respeito a vegetação, percebeu-se que sua presença no meio urbano é capaz

de beneficiar o microclima. Além disso, os pontos sob as árvores ou próximos a áreas mais

vegetadas foram os que apresentaram melhores índices de conforto térmico, possivelmente

devido a redução da radiação solar e da temperatura radiante média. No entanto, sua

distribuição deve ser feita após estudos mais aprofundados, uma vez que os efeitos sobre a

ventilação podem ser negativos.

Os resultados das simulações ainda foram utilizados como dados de entrada para o

cálculo do PET. Nessa etapa, constatou-se, que, durante o verão, a sensação térmica de calor

ou muito calor predomina em todos os bairros. Dessa forma, as estratégias acima

mencionadas ganham ainda mais importância.

O estudo da relação entre a forma urbana e o microclima em espaços urbanos se

mostrou de extrema complexidade e a análise dos resultados para uma data e uma estação

específicas não é suficiente para o seu completo entendimento. Sendo assim, para trabalhos

futuros, recomenda-se a realização de simulações e medições in loco em outros bairros e,

também, em mais datas e em outras épocas do ano. Também é interessante a execução das

medições nos pontos onde estiverem posicionados os receptores. Além disso, a aplicação de

questionários para a avaliação da percepção térmica dos pedestres auxiliaria na compreensão

das variáveis psicológicas do conforto térmico.

66

REFERÊNCIAS

AHMED, K. S. “Comfort in urban spaces: defining the boundaries of outdoor thermal

comfort for the tropical urban environments”, Energy and Buildings, v. 35, n. 1, pp. 103-

110, jan. 2003.

AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR CONDITIONING

ENGINEERS (ASHRAE), INC. Thermal Environmental Conditions for Human

Occupancy. Atlanta, 2010.

ANDRADE, T. C. Q.; NERY, J. M. F. G.; SOUZA, S. H. M.; PITOMBO, C. S.; FREIRE, T.

M. M.; KATZSCHNER, L. “Medição do conforto térmico em áreas públicas urbanas de

Salvador-BA e calibração do índice de conforto PET usando a técnica árvore de decisão”.

Revista Eletrônica de Gestão e Tecnologias Ambientais (GESTA), v. 4, n. 2, pp. 278-296,

2016.

AULICIEMS, A.; SZOKOLAY, S. V. Thermal comfort. 2. ed. Brisbane: PLEA, 1997.

BARBON, J.; DAFFARA, C. “Saiba quais Estados e cidades mais cresceram neste século no

Brasil”. Folha de São Paulo, São Paulo, ago. 2017. Disponível em

<https://www1.folha.uol.com.br/cotidiano/2017/08/1914538-saiba-quais-estados-e-cidades-

mais-cresceram-neste-seculo-no-brasil.shtml> Acesso em: 02/05/2018.

BARBOSA, G. S.; DRACH, P. R. C; CORBELLA, O. D. “Um estudo comparativo de

regiões espraiadas e compactas: caminho para o desenvolvimento de cidades sustentáveis”.

Congresso Internacional Sustentabilidade e Habitação de Interesse Social, Porto Alegre,

04-07 maio 2010.

BARBOSA, G. S.; ROSSI, A. M. G.; DRACH, P. R. C. “Análise de Projeto Urbano a partir

de parâmetros urbanos sustentáveis: alteração morfológica de Copacabana e algumas de suas

consequências climáticas (1930-1950-2010)”, Revista Brasileira de Gestão Urbana, v. 6, n.

3, pp. 275-287, 2014.

BARBOSA, R. V. R. Áreas Verdes e Qualidade Térmica em Ambientes Urbanos: estudo

em microclimas de Maceió (AL). Dissertação (Mestrado), Escola de Engenharia de São

Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2005.

BORGES, M. G. E. Influência do ambiente construído no microclima urbano – Estudo

de caso no campus da Universidade Federal de Santa Catarina. Dissertação (Mestrado),

Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo, Universidade

Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2009.

BRUSE, M. ENVI-met 3.1 Manual. ENVI-met, 2009. Disponível em < http://www.envi-

met.info/documents/onlinehelpv3/cnt.htm> Acesso em: 22/08/2018.

BRUSE, M. Decoding Urban Nature. ENVI-met, 2017. Disponivel em <http://www.envi-

met.com/publication/> Acesso em: 19/07/2018.

67

CALLEJAS, I. J. A.; NOGUEIRA, M. C. J. A. “Sensação Térmica em Ambiente Urbano a

Céu Aberto na Cidade Cuiába-MT”, Revista Eletrônica em Gestão, Educação e Tecnologia

Ambiental, v. 9, n. 9, pp. 1946-1958, fev. 2013.

CHATZIDIMITRIOU, A.; YANNAS, S. “Microclimate design for open spaces: Ranking

urban design effects onpedestrian thermal comfort in summer”. Sustainable Cities and

Society, v. 26, pp. 27-47, out. 2016.

CORBELLA, O. D.; YANNAS, S. Em busca de uma Arquitetura Sustentável para os

Trópicos - Conforto Ambiental. 1 ed. Rio de Janeiro, Revan, 2003

DIMOUDI, A.; NIKOLOPOULOU, M. “Vegetation in the urban environment: microclimatic

analysis and benefits”, Energy and Buildings, v. 35, n. 1, pp. 69-76, jan. 2003.

DRACH, P. R. C.; BARBOSA, G. S. “Estudos da Variação da Temperatura Intra-Urbana no

Centro da Cidade do Rio de Janeiro: Influência da Morfologia e da Vegetação”, Cadernos do

PROARQ (UFRJ), v. 26, pp. 71-86, 2016.

DRACH, P. R. C.; CORBELLA, O. D. “Estudo das alterações na dinâmica da ventilação e da

temperatura na região central do Rio de Janeiro: mudanças na ocupação do solo urbano”,

Congresso Luso-Brasileiro para o Planeamento Urbano, Regional, Integrado e

Sustentável, Faro, 6-8 out. 2010.

DUARTE, D. H. S. O impacto da vegetação no microclima em cidades adensadas e seu

papel na adaptação aos fenômenos de aquecimento urbano – Contribuições a uma

abordagem interdisciplinar. Tese (Livre-docência), Departamento de Tecnologia da

Arquitetura, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo,

Universidade de São Paulo, São Paulo, 2015.

EMMANUEL, R.; ROSENLUND, H.; JOHANSSON, E. “Urban shading – a design option

for the tropics? A study in Colombo, Sri Lanka”, International Journal of Climatology, v.

27, n. 14, pp. 1995-2004, 30 nov. 2007.

FANGER, O. P. Thermal comfort: analysis and applications in environmental

engineering. Copenhagen, Danish Technical Press, 1970.

FRÖHLICH, D.; MATZARAKIS, A. RayMan Pro: A tool foi Applied Climatology. 2018.

FROTA, A. B.; SCHIFFER, S. R. Manual de Conforto Térmico. 5 ed. São Paulo, Studio

Nobel, 2001

GIVONI, B. “Confort, climate analysis and building design guidelines”, Energy and

Buildings, v.18, pp. 11-23, 1992.

GIVONI, B.; NOGUCHI, M.; SAARONI, H.; POCHTER, O.; YAACOV, Y.; FELLER, N.;

BECKER, S. “Outdoor Comfort Research Issues”, Energy and Buildings, v. 35, n. 1, pp. 77-

86, jan. 2003.

68

GIVONI, B. “Urban design for hot humid regions”. Renewable Energy, v. 5, n. 5-8, pp.

1047-1053, ago. 1994.

GOOGLE MAPS. Vista aérea da cidade do Rio de Janeiro. Google Maps, 2018. Disponível

em <https://www.google.com/maps/@-22.9266457,-43.2439154,12z> Acesso em:

16/08/2018.

HIEN, W. N.; YUSSUF, S. K. “Air Temperature Distribution and the Influence of Sky View

Factor in a Green Singapore Estate”, Journal of Urban Planning and Development, v. 136,

n. 3, pp. 261-272, set. 2010.

HIRASHIMA, S. Q. S.; ASSIS, E. S.; NIKOLOPOULOU, M. “Daytime thermal comfort in

urban spaces: A field study in Brazil”, Building and Environment, v. 107, pp 245-253, out.

2016.

HIRASHIMA, S. Q. S.; KATZSCHNER, A.; FERREIRA, D. F.; ASSIS, E. S.;

KATZSCHNER, L. “Thermal comfort comparison and evaluation in different climates”,

Urban Climate, v. 23, pp. 219-230, mar. 2018.

HÖPPE, P. “The physiological equivalent temperature – a universal index for the

biometeorological assessment of the thermal environment”, International Journal of

Biometeorology, v. 43, n. 2, pp. 71-75, out. 1999.

HWANG, Y. H.; LUM, Q. J. G.; CHAN, Y. K. D. “Micro-scale thermal performance of

tropical urban parks in Singapore”, Building and Environment, v. 94, n. 2, pp. 467-476, dez.

2015.

IBGE, Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Censo Demográfico 1940-2010.

Disponível em <https://seriesestatisticas.ibge.gov.br/series.aspx?vcodigo=POP122> Acesso

em: 19/04/2018.

INMET, Instituto Nacional de Meteorologia. Estações Automáticas. Disponível em <

http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=estacoes/estacoesAutomaticas> Acesso em:

11/08/2018.

INSTRUTHERM. Manual de Instruções – Medidor de Umidade, Temperatura, Ponto de

Orvalho e Bulbo Úmido Digital Portátil Modelo HT-350. Instrutherm Instrumentos de

Medição Ltda., São Paulo, 2015.

______________. Manual de Instruções – Medidor de Energia Solar Modelo MES-100.

Instrutherm Instrumentos de Medição Ltda. São Paulo, 2009.

IPCC, International Panel on Climate Change. Climate Change 2014: Synthesis Report.

Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the

Intergovernmental Panel on Climate Change. IPCC, Geneva, Switzerland, 2014. 151 p.

Disponível em: <http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-

report/ar5/syr/SYR_AR5_FINAL_full_wcover.pdf> Acesso em: 28/06/2018

69

LAMBERTS, R.; XAVIER, A. A. P. Conforto e Stress Térmico. Apostila, Laboratório de

Eficiência Energética em Edificações, Departamento de Engenharia Civil, Universidade

Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2008. 108 p.

LIN, T-P. “Thermal perception, adaptation and attendance in a public square in hot and humid

regions”, Building and Environment, v. 44, n. 10, pp. 2017-2026, out. 2009.

MAGRIN, G. O.; MARENGO, J. A.; BOULANGER, J. -P.; BUCKERIDGE, M. S.;

CASTELLANOS, E.; POVEDA, G.; SCARANO, F. R.; VICUÑA, S. 2014: Central and

South America. In: BARROS, V. R.; FIELD, C. B.; DOKKEN, D. J.; MASTRANDREA, M.

D.; MACH, K. J.; BILIR, T. E.; CHATTERJEE, M.; EBI, K. L.; ESTRADA, Y. O.;

GENOVA, R. C.; GIRMA, B.; KISSEL, E. S.; LEVY, A. N.; MACCRACKEN, S.;

MASTRANDREA, P. R.; WHITE, L. L., eds. Climate Change 2014: Impacts, Adaptation,

and Vulnerability. Part B: Regional Aspects. Contribution of Working Group II to the

Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge

University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, USA, 2014, cap. 27, pp. 1499-

1566. Disponível em: <http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/wg2/WGIIAR5-

Chap27_FINAL.pdf> Acesso em: 28/06/2018

MATZARAKIS, A.; MAYER, H.; IZIOMON, M. G. “Applications of a universal thermal

index: physiological equivalent temperature”, International Journal of Biometeorology, v.

43, n. 2, pp.76–84, out. 1999.

MATZARAKIS, A.; RUTZ, F.; MAYER, H. “Modelling radiation fluxes in simple and

complex environments - application of the RayMan model”, International Journal of

Biometeorology, v. 51, n. 4, pp. 323–334, mar. 2007.

______________. “Modelling radiation fluxes in simple and complex environments: basics of

the RayMan model”. International Journal of Biometeorology, v. 54, n. 2, pp. 131–139,

mar. 2010.

MONTEIRO, L. M. Modelos preditivos de conforto térmico: quantificação de relações

entre variáveis microclimáticas e de sensação térmica para avaliação e projeto de

espaços abertos. 378p. Tese (Doutorado). Faculdade de Arquitetura e Urbanismo,

Universidade de São Paulo, São Paulo, 2008.

NIKOLOPOULOU, M.; BAKER, N.; STEEMERS, K. “Thermal Comfort In Urban Spaces:

Different Forms Of Adaptation”. International Conference: The Cities of Tomorrow,

Barcelona, 4-6 out. 1999.

______________. “Thermal Comfort In Outdoor Urban Spaces: Understanding The Human

Parameter”, Solar Energy, v. 70, n. 3, pp. 227-235, 2001.

NIKOLOPOULOU, M.; STEEMERS, K. “Thermal comfort and psychological adaptation as

a guide for designing urban spaces”, Energy and Buildings, v. 35, n. 1, pp. 95-101, jan.

2003.

70

NG, E.; CHENG, V. “Urban human thermal comfort in hot and humid Hong Kong”, Energy

and Buildings, v. 55, pp. 51-65, dez. 2012.

OLGYAY, V. Design with climate. New Jersey, Princeton University, Princeton, 1963.

ROCHA, M. A. Influência da arborização no microclima local: um estudo de caso em

Copacabana. Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro,

2018.

ROMERO, M. A. B. Princípios Bioclimáticos para o Desenho Urbano. 1 ed. Brasília,

Universidade de Brasília, 2013.

TALEGHANI, M.; KLEEREKOPER, L.; TENPIERIK, M.; DOBBELSTEEN, A. “Outdoor

thermal comfort within five different urban forms in the Netherlands”, Building and

Environment, v. 83, pp. 65-78, jan. 2015.

TALEGHANI, M. “Outdoor thermal comfort by different heat mitigation strategies- A

review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 81, n. 2, pp. 2011-2018, jan.

2018.

THANI, S. K. S. O.; MOHAMAD, N. H. N.; ABDULLAH, S. M. S. “The Influence of Urban

Landscape Morphology on the Temperature Distribution of Hot-Humid Urban Centre”,

Procedia – Social and Behavioral Sciences, v. 85, pp. 356-367, 20 set. 2013.

TSOKA, S. “Investigating the Relationship Between Urban Spaces Morphology and Local

Microclimate: a study for Thessaloniki”. Procedia Environmental Sciences, v. 38, pp. 674-

681, 2017.

UN/DESA – United Nations. The World’s Cities in 2016 – Data Booklet. Department of

Economic and Social Affairs, Population Division, 2016. Disponível em:

<http://www.un.org/en/development/desa/population/publications/pdf/urbanization/the_world

s_cities_in_2016_data_booklet.pdf> Acesso em: 28/06/2018

WEI, R.; SONG, D.; WONG, N. H.; MARTIN, M. “Impact of Urban Morphology Parameters

on Microclimate”, Procedia Engineering, n. 169, pp. 142-149, 2016.

XIMENES, N. L. B. Morfologia Urbana: teorias e suas inter-relações. Dissertação

(Mestrado), Escola Politécnica, Programa de Engenharia Urbana, Universidade Federal do

Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2016.

YAO, J.; YANG, F.; ZHUANG, Z.; SHAO, Y.; YUAN, P. F. “The Effect Of Personal And

Microclimatic Variables On Outdoor Thermal Comfort: A Field Study In A Cold Season In

Lujiazui CBD, Shanghai”, Sustainable Cities and Society, v. 39, pp. 181-188, maio 2018.

71

APÊNDICE 1 – DADOS DAS MEDIÇÕES

Tabela A1.1 – Dados medidos em Copacabana

Ponto Hora Coordenadas Temperatura

(°C)

Umidade

Relativa (%)

Ponto de

Orvalho

(°C)

Temp. Bulbo

Úmido (°C)

Radiação

Solar

(W/m²)

Observações

1 12:00 22º 58' 09'' S 43º 11' 03'' O 21,9 74,1 16,9 18,9 223,3 Praça; Sombra de

árvore

2 12:20 22º 58' 13'' S 43º 11' 10'' O 23,3 70,9 16,9 19,1 48,6 Sombra de prédio


4 13:00 22º 58' 20'' S 43º 11' 18'' O 23,0 72,2 17,6 19,5 138,9 Sombra de árvore


e de árvore

6 13:40 22º 58' 24'' S 43º 11' 08'' O 25,7 62,1 17,7 20,3 880,2 Sol

7 14:10 22º 58' 16'' S 43º 11' 07'' O 22,9 69,3 16,9 19,0 48,4 Sombra de árvore


e de árvore

9 14:50 22º 58' 14'' S 43º 10' 60'' O 21,7 74,4 16,9 18,7 18,5 Orla; Sombra de

prédio

10 15:10 22º 58' 18'' S 43º 11' 05'' O 24,0 66,3 17,3 19,6 874,2 Orla; Sol

11 15:30 22º 58' 21'' S 43º 11' 07'' O 22,7 70,6 16,8 19,1 853,1 Orla; Sol

72

APÊNDICE 2 – DADOS DOS RECEPTORES E PET

Tabela A2.1 – Dados dos Receptores e índice PET

BAIRRO RECEPTOR Tar (°C) U.R (%) Vel. Vento

(m/s) Tsup (°C)

Tmrt

(°C) PET (°C)

COPACABANA C1 28,94 66,03 1,03 42,77 60,60 43,0

COPACABANA C2 29,04 65,03 0,27 53,98 58,85 45,4

COPACABANA C3 28,56 71,43 0,11 39,00 58,68 47,1

COPACABANA C4 28,57 64,49 1,97 44,36 54,60 37,0

MÉDIAS COPACABANA 28,78 66,75 0,85 45,03 58,18 43,1

IPANEMA I1 28,15 65,41 0,50 44,44 61,94 45,5

IPANEMA I2 28,47 67,94 1,12 42,20 59,98 42,0

IPANEMA I3 28,22 68,57 0,89 30,90 32,78 29,0

IPANEMA I4 28,98 67,74 0,39 45,10 52,75 41,3

MÉDIAS IPANEMA 28,46 67,42 0,73 40,66 51,86 39,5

RAMOS R1 29,08 65,17 1,03 41,23 58,16 41,9

RAMOS R2 28,50 66,47 1,25 37,92 57,59 40,1

RAMOS R3 28,96 67,72 0,96 45,40 56,91 41,1

RAMOS R4 28,49 69,84 0,23 48,51 58,66 45,9

MÉDIAS RAMOS 28,76 67,30 0,87 43,27 57,83 42,3

73

APÊNDICE 3 – CÁLCULOS DE EQUALIZAÇÃO DOS DADOS MEDIDOS

Tabela A3.1 – Cálculo de Equalização da Temperatura

Ponto Hora da

Medição

Hora de

Referência

Temperatura

Medida em

Copacabana

no dia

14/08/18 (°C)

Temperatura

na Estação

no dia

14/08/18 (°C)

Temperatura

na Estação

no dia

01/01/17 (°C)

Temperatura

Equalizada

para o dia

01/01/17 (°C)

Temperatura

Média na

Estação no dia

01/01/17 (°C)

Temperatura

Equalizada

para o dia

01/01/17 às

12h (°C)

1 12:00

12

21,9

24,6 32,5

28,9

33,5

28,0

2 12:20 23,3 30,8 29,8

3 12:40 22,1 29,2 28,3

4 13:00

13

23,0

23,9 35,3

34,0 32,9

5 13:20 22,7 33,5 32,5

6 13:40 25,7 38,0 36,8

7 14:10

14

22,9

24,4 34,6

32,5 31,5

8 14:30 22,1 31,3 30,4

9 14:50 21,7 30,8 29,8

10 15:10 15

24,0 22,7 31,7

33,5 32,5

11 15:30 22,7 31,7 30,7

74

Tabela A3.1 – Cálculo de Equalização da Umidade

Ponto Hora da

Medição

Hora de

Referência

Umidade

Medida em

Copacabana

no dia

14/08/18 (%)

Umidade na

Estação no

dia 14/08/18

(%)

Umidade na

Estação no

dia 01/01/17

(%)

Umidade

Equalizada

para o dia

01/01/17 (%)

Umidade

Média na

Estação no dia

01/01/17 (%)

Umidade

Equalizada

para o dia

01/01/17 às

12h (%)

1 12:00

12

74,1

68 58

63,2

57,5

63,8

2 12:20 70,9 60,5 61,0

3 12:40 73,6 62,8 63,3

4 13:00

13

72,2

68 54

57,3 57,8

5 13:20 72,4 57,5 58,0

6 13:40 62,1 49,3 49,7

7 14:10

14

69,3

64 57

61,7 62,3

8 14:30 72,5 64,6 65,1

9 14:50 74,4 66,3 66,8

10 15:10 15

66,3 68 61

59,5 60,0

11 15:30 70,6 63,3 63,9

Documents

AVALIAÇÃO DOS IMPACTOS DA FORMA URBANA SOBRE O MICROCLIMA … · urbano que impactam diretamente no microclima. Em regiões de clima tropical, a compactação excessiva e a supressão