FACULDADE DE ARQUITETURA, ARTES E COMUNICAÇÃO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTO SENSU : DESIGN LINHA DE PESQUISA EM ERGONOMIA ERGONOMIA DE QUADRAS URBANAS: CONDIÇÃO TÉRMICA DO PEDESTRE Elisangela Cristina Sorano Bauru - SP 2009 unesp UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA FACULDADE DE ARQUITETURA ARTES E COMUNICAÇÃO i Elisangela Cristina Sorano ERGONOMIA DE QUADRAS URBANAS: CONDIÇÃO TÉRMICA DO PEDESTRE Dissertação de Mestrado apresentada junto ao Programa de Pós-Graduação em Design, linha de pesquisa em Ergonomia, da Faculdade de Arquitetura, Artes e Comunicação da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – Campus de Bauru, como parte dos requisitos para obtenção do Título de Mestre em Design. Orientadora: Prof.ª Dr.ª Léa Cristina Lucas de Souza Bauru - SP 2009 ii Sorano, Elisangela Cristina. Ergonomia de Quadras Urbanas: condição térmica do pedestre./ Elisangela Cristina Sorano, 2009. 135 p. Orientador: Léa Cristina Lucas de Souza Dissertação (Mestrado)–Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Arquitetura, Artes e Comunicação, Bauru, 2009 1. Ergonomia Ambiental. 2. Conforto Térmico Urbano. 3. Conforto Ambiental. I. Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Arquitetura, Artes e Comunicação. II. Título. iii iv v “Eu vou só Vou buscando um tempo de sonhar Vou chegar Vai saber Que muda o dia de qualquer um Se o sol chegar, é bom Tudo é melhor Com essa cor No fundo O mundo é que nem um Chão de sementes Eu faço da terra molhada O meu jardim Espero as flores se abrirem Como se a gente soubesse Que o amor nunca vai ter fim.” Monique Kessous (Trecho da música “Com essa Cor”) vi Dedico este trabalho primeiramente a Deus, o todo poderoso, por ter me dado a vida e me guiado durante toda minha caminhada. Dedico também à minha mãe, Vanderli, pelo exemplo de amor ao ensino público e ao meu pai, Osvaldo, por sempre ter aguçado minha curiosidade pelo novo e meu interesse pelo conhecimento. Finalmente, dedico à minha única irmã, Ana Carolina, por desde a infância me mostrar suas novas descobertas e me apontar o melhor caminho. vii Agradecimentos De forma especial, agradeço aos meus pais pelo incentivo e apoio à minha carreira profissional, pela dedicação às filhas e pelo apreço à união de nossa família. À minha irmã, Ana Carolina, pela amizade e amor incondicional que nos une e nos ajuda a superar todos os obstáculos. Ao meu cunhado Gerson pelo incentivo, por meio do seu exemplo, a seguir a carreira acadêmica. À minha avó, Angelina, pelo amor que espalha por toda a família. Á professora Léa Cristina Lucas de Souza, pela oportunidade de orientação, pela amizade e pela constante disposição em me guiar por caminhos, até então, por mim desconhecidos. À minha amiga Marta pela amizade, sinceridade, incentivo nos momentos de dúvida e sabedoria no ouvir e no falar. Aos professores do programa de Pós-Graduação em Design da UNESP responsáveis pelas disciplinas que cursei, pelo ensino e incentivo. Á Belinha e à Lolita por seu amor incondicional, mesmo diante de minhas ausências. Aos bolsistas de iniciação científica, Mariene Giunta e Cezar Tente pela cooperação na pesquisa. Às pessoas que autorizaram a instalação dos data-loggers em suas residências e estabelecimentos comerciais e àqueles que de bom grado responderam aos questionários. À FAPESP, pela concessão da bolsa de mestrado. A todos meus familiares e amigos que me acompanharam, me auxiliaram e me incentivaram a me dedicar a esta pesquisa. viii Resumo Sorano, Elisangela Cristina. Ergonomia de quadras urbanas: condição térmica do pedestre, 2009. 136p. Dissertação (Mestrado em Design) - Programa de Pós-Graduação Stricto-sensu em Design, Universidade Estadual Paulista, Bauru, 2009 Abordando o caráter interdisciplinar da ergonomia, esta pesquisa propõe a avaliação das influências do ambiente urbano de um bairro residencial da cidade de Bauru-SP, Brasil, sobre a temperatura do ar na escala do pedestre e conseqüentemente do conforto térmico do mesmo. O bairro escolhido para estudo de caso apresenta tendência ao adensamento, heterogeneidade construtiva quanto à verticalidade e complexidade de uso do solo. A metodologia englobou: a observação da área de estudo para identificação das atividades humanas ali realizadas; a classificação das quadras segundo parâmetros formais, de uso e ocupação do solo; registros da temperatura do ar em 10 pontos fixos; avaliação do conforto térmico do pedestre por meio da aplicação de questionários e coleta de dados microclimáticos; e avaliação do ambiente térmico e da sensação térmica do pedestre por meio da inter- relação das características do tecido urbano com os dados climáticos da área estudada e a sensação térmica do pedestre. O cruzamento dos dados foi realizado com auxílio do Sistema de Informações Geográficas (SIG) Arc View, que gerou mapas temáticos relacionando os atributos climáticos medidos com os padrões de uso do solo. Como resultado, se determinou o comportamento térmico da malha urbana e a sensação térmica experimentada pelo pedestre, sendo possível verificar que o uso do solo urbano interfere tanto na temperatura do ar como conforto térmico do homem. Os resultados obtidos por essa pesquisa poderão servir de base para o planejamento urbano sustentável que proporcione ambientes favoráveis às atividades humanas. Palavras-Chave: Ergonomia Ambiental; Conforto Térmico Urbano; Conforto Ambiental. ix Abstract Sorano, Elisangela Cristina. Urban blocks Ergonomics: pedestrian thermal condition, 2009.136p. Dissertation (MSC in Design) – Graduate Studies in Design, State University of São Paulo, Bauru, 2009. Addressing the interdisciplinary character of Ergonomics, this research proposes the evaluation of the influences of the urban environment on the air temperature at the pedestrian level in a residential neighborhood of the city of Bauru, in the state of São Paulo, Brazil. Its thermal comfort is also analyzed. The neighborhood chosen for the case study presents densification tendency, heterogeneous verticality and complexity of land use. The methodology consisted of: field observation of the study area in order to identify the human activities being carried out; classification of urban blocks according to their formal parameters of land use and occupation; records of air temperature at 10 reference points; evaluation of thermal comfort for the pedestrian through the application of questionnaires and microclimatic data collection; evaluation of the thermal environment and pedestrian thermal sensation, by means of the interrelationship of the urban characteristics with the climatic data of the study area and walking thermal sensation. The Geographic Information Systems (GIS) Arc View was applied to cross-examining the data, generating thematic maps that allowed the comparison of weather attributes and land use patterns. As a result, it was determine the thermal behavior of the urban network and the thermal sensation experienced by the pedestrian, in this way being possible to verify that the use of urban land interferes in both air temperature and thermal comfort of man. The results reached in this research could help on the basis for sustainable urban planning that would provide favorable environments to human activities. Key-words: Environmental ergonomics; Urban thermal comfort; environmental comfort. x Sumário Lista de Figuras ______________________________________________________ xiii Lista de Gráficos _____________________________________________________ xvi Lista de Quadros ____________________________________________________ xvii Glossário _________________________________________________________ xix INTRODUÇÃO _______________________________________________________ 1 Objetivo __________________________________________________________ 3 Objetivo Geral ________________________________________________________ 3 Objetivo Específico ____________________________________________________ 3 Estrutura da Dissertação ________________________________________________ 3 1. CLIMA, MORFOLOGIA URBANA E CONFORTO TÉRMICO _____________ 5 1.1. Ergonomia ambiental _________________________________________ 6 1.2. Clima ______________________________________________________ 7 1.3. O Clima Urbano _____________________________________________ 9 1.4. Morfologia Urbana ___________________________________________ 12 1.4.1. Porosidade ________________________________________________ 13 1.4.2. Rugosidade ________________________________________________ 13 1.4.3. Áreas Densamente Construídas ________________________________ 13 1.4.4. Tamanho da cidade _________________________________________ 16 1.4.5. Uso e ocupação do solo ______________________________________ 16 1.4.6. Orientação e Largura das Ruas ________________________________ 16 1.4.7. Cobertura do Solo e Propriedades dos Materiais Urbanos ____________ 19 1.4.8. Altura dos edifícios __________________________________________ 21 1.4.9. Efeitos da Vegetação no Clima Urbano __________________________ 22 1.5. Conforto Térmico no Espaço Urbano ____________________________ 25 1.5.1. Índices de Conforto térmico ___________________________________ 30 1.5.1.1 Índices de Conforto Térmico para Ambientes Externos ______________ 32 1.5.2. Estudos de Conforto Térmico em Espaços Externos ________________ 34 2. MATERIAIS E MÉTODOS _________________________________________ 5 2.1. Roteiro Metodológico ________________________________________ 37 2.2. Etapa 01: Revisão Bibliográfica ________________________________ 38 xi 2.3. Etapa 02: Definição da área de estudo ___________________________ 38 2.3.1. Características Gerais ________________________________________ 38 2.3.2. Características Climáticas _____________________________________ 39 2.3.3. O Fragmento Urbano Estudado ________________________________ 40 2.3.4. Identificações Realizadas por Estudos Anteriores __________________ 42 2.4. Etapa 03: Observação do Objeto de Estudo _______________________ 43 2.5. Etapa 04: Classificação das Quadras ____________________________ 44 2.6. Etapa 05: Eleição dos pontos para levantamento de dados. __________ 44 2.7. Etapa 06: Observação sistemática do objeto de estudo ______________ 44 2.7.1. Medições Fixas de Temperatura ________________________________ 44 2.7.2. Instrumentação Utilizada para as Medições Fixas __________________ 45 2.7.3. Avaliação do Conforto Térmico _________________________________ 46 2.7.4. Instrumentação Utilizada para a Avaliação do Conforto Térmico _______ 48 2.8. Etapa 07: Incorporação dos dados a um Sistema de Informações Geográficas ________________________________________________ 50 2.9. Etapa 08: Cruzamento de dados e Análise ________________________ 50 3. CLASSIFICAÇÃO DAS QUADRAS E SELEÇÃO DOS PONTOS DE MEDIÇÃO _________________________________________________ 51 3.1. Observação do Objeto de Estudo _______________________________ 51 3.2. Classificação das Quadras ____________________________________ 58 3.3. Eleição dos pontos para levantamento de dados. __________________ 67 4. RESULTADOS E ANÁLISES _____________________________________ 69 4.1. Comportamento Térmico da Malha Urbana _______________________ 69 4.1.1. Tratamento dos dados _______________________________________ 70 4.1.2. Análise dos dados climáticos __________________________________ 71 4.1.2.1. Comparação entre as temperaturas da estação meteorológica (IPMET) e da área urbana de estudo _____________________________________ 82 4.1.2.2. Análise da influência dos parâmetros urbanos no comportamento térmico da área de estudo ___________________________________________ 88 4.1.2.2.1. Taxa de Ocupação __________________________________________ 90 4.1.2.2.2. Índice de Aproveitamento (IA) __________________________________ 94 4.1.2.2.3. Altura Média das Edificações __________________________________ 98 4.1.2.2.4. Área Livre ________________________________________________ 102 xii 4.1.3. Discussão dos resultados para as medições fixas _________________ 107 4.2. Avaliação do Conforto Térmico ________________________________ 108 4.2.1. Cruzamento dos dados climáticos com as variáveis: sensação térmica, preferência térmica e grau de satisfação. ________________________ 115 4.2.2. Vegetação ________________________________________________ 117 4.2.3. Materiais das Superfícies ____________________________________ 120 4.2.4. Cruzamento entre o comportamento térmico da malha urbana e a avaliação do conforto térmico. ________________________________ 122 4.2.5. Discussão dos resultados da Avaliação do Conforto térmico do pedestre ________________________________________________________ 123 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS _____________________________________ 125 5.1. Recomendações para trabalhos futuros _________________________ 127 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS _____________________________________ 128 APÊNDICE ________________________________________________________ 134 xiii Lista de Figuras Figura 1.1: Comportamento dos ventos de acordo com a morfologia do tecido urbano. Fonte: Bustos Romero (2001). _________________________________14 Figura 1.2: Distribuição esquemática da radiação solar incidente em (a) área rural, (b) Área construída com razão H/W =1 e (c) Área urbana com alta densidade construída, com razão H/W =4. Fonte: Givoni (1998). _______________15 Figura 1.3: Comportamento dos ventos quando sua direção é perpendicular à dos edifícios. Fonte: Bustos Romero (2001). _________________________18 Figura 1.4: Efeito da largura dos edifícios no comportamento dos ventos Fonte: Bittencourt e Cândido (2006). __________________________________19 Figura 1.5: Albedo de materiais e superfícies urbanas. Fonte: Espereenc (2003) apud Barbirato et al (2007). ________________________________________20 Figura 1.6: Comportamento dos ventos em relação à altura dos edifícios Fonte: Bustos Romero (2001)._____________________________________________22 Figura 1.7: Absorção da vegetação. Fonte: Adaptado de Bustos Romero (2001)___24 Figura 1.8: Vegetação e ofuscamento. Fonte: Adaptado de Bustos Romero (2001).-24 Figura 1.9: Representação esquemática dos efeitos da vegetação na modificação da direção dos ventos. __________________________________________25 Figura 1.10: Equilíbrio térmico humano. Fonte: Bustos Romero (1988).___________27 Figura 2.1: Localização da cidade de Bauru - SP Fonte: Yamaguti (2006).________39 Figura 2.2: Fotografia aérea da região de estudo com localização de referências Fonte: Adaptado de Google Earth (2008).______________________________41 Figura 2.3: Área selecionada para estudo – ZR3. Fonte: Souza (2006).___________42 Figura 2.4: Mapas de Ilhas de calor. Fonte: Postigo e Souza (2007)._____________42 Figura 2.5: Perspectiva dos edifícios mostrando as manchas de temperatura média do ar. Fonte: Postigo e Souza (2007). ______________________________43 Figura 2.23: Datta-logger dentro da capa protetora.__________________________46 Figura 3.1: Fluxo de pessoas na entrada principal do Shopping Center.___________52 Figura 3.2: Ponto de ônibus localizado em frente ao Shopping Center.___________52 Figura 3.3: Alto fluxo de pessoas em frente à empresa de cobrança e prestação de serviços.___________________________________________________53 Figura 3.4: Funcionários da empresa de cobrança e prestação de serviços no horário do lanche._________________________________________________53 xiv Figura 3.5: Funcionários da empresa de cobrança e prestação de serviços._______54 Figura 3.6: Pessoas descansando à sombra de uma árvore na única praça da região.____________________________________________________54 Figura 3.7: Uso do entorno do aeroclube como pista de caminhada ____________55 Figura 3.8: Área de permanência próxima ao aeroclube.______________________55 Figura 3.9: Fluxo de pessoas aos serviços e comércios.______________________56 Figura 3.10: Pedestres e prestadores de serviços na Marginal da Avenida Nações Unidas.____________________________________________________56 Figura 3.11: Pessoas em ponto de ônibus na Alameda Dr. Otávio Pinheiro Brizzola._57 Figura 3.12: Pessoas em ponto de ônibus na Marginal da Avenida Nações Unidas._57 Figura 3.13: Bairro Vila Cidade Universitária dividido em três loteamentos. Fonte: Constantino (1995) e Giunta (2008)._____________________________58 Figura 3.14: Implantação dos edifícios nas quadras. Fonte: Postigo (2006)._______59 Figura 3.15: Área construída. Fonte: Postigo (2006)._________________________60 Figura 3.16: Volume construído. Fonte: Postigo (2006)._______________________60 Figura 3.17: Classificações pela forma geométrica. Fonte: Giunta (2007)._________61 Figura 3.18: Classificadas pelo índice de aproveitamento médio Fonte: Adaptado de Giunta (2007).______________________________________________62 Figura 3.19: Classes integradas. Fonte: Adaptado de Giunta (2007)._____________63 Figura 3.20: Classificação de massa-vegetação._____________________________65 Figura 3.21: Classificação pelo Fator de forma de quadra._____________________66 Figura 3.22: Foto aérea com os pontos de medição selecionados. Fonte: Adaptado de Google Earth (2008)._________________________________________67 Figura 4.1: Temperaturas Máximas (C°) Diárias._____________________________89 Figura 4.2: Temperaturas Mínimas (C°) Diárias._____________________________89 Figura 4.3: Amplitudes Térmicas (C°) Diárias._______________________________90 Figura 4.4: Diferenças Térmicas entre área urbana e rural._____________________90 Figura 4.5: Cruzamento entre taxa de ocupação e Temperatura Máxima (°C) do ar._91 Figura 4.6: Cruzamento entre taxa de ocupação e Temperatura Mínima (°C) do ar._92 Figura 4.7: Cruzamento entre taxa de ocupação e os dados de amplitude térmica (°C).______________________________________________________93 Figura 4.8: Cruzamento da taxa de ocupação e diferença entre a temperatura média (°C) diária urbana rural (IPMET).________________________________94 Figura 4.9: Cruzamento entre índice de aproveitamento e temperatura máxima do ar (°C).______________________________________________________95 xv Figura 4.10: Cruzamento entre índice de aproveitamento e temperatura mínima do ar (°C).______________________________________________________96 Figura 4.11: Cruzamento entre índice de aproveitamento e amplitude térmica (°C)._97 Figura 4.12: Cruzamento do índice de aproveitamento com a diferença entre temperatura média (°C) diária urbana e rural.______________________98 Figura 4.13: Cruzamento entre Altura Média das Edificações e Temperatura Máxima (°C).______________________________________________________99 Figura 4.14: Cruzamento entre Altura Média das Edificações e Temperatura Mínima (°C)._____________________________________________________100 Figura 4.15: Cruzamento entre Altura Média das Edificações e Amplitude Térmica (°C)._____________________________________________________101 Figura 4.16: Cruzamento da altura média das edificações com a diferença entre temperatura média (°C) diária urbana e rural._____________________102 Figura 4.17: Cruzamento entre área livre das quadras e temperatura máxima (°C) _103 Figura 4.18: Cruzamento entre área livre das quadras e temperatura mínima (°C) _104 Figura 4.19: Cruzamento entre área livre das quadras e amplitude térmica (°C).___105 Figura 4.20: Cruzamento entre área livre das quadras e amplitude térmica (°C) ___106 xvi Lista de Gráficos Gráfico 0.1: Crescimento da população urbana em detrimento da rural. Fonte: IBGE (2000). ___________________________________________________1 Gráfico 4.1: Comparativo entre as Temperaturas médias horárias do ar (°C) durante todo o período de coleta e as Temperaturas horárias do ar (°C) em 26/12/07 no Ponto 07. ______________________________________71 Gráfico 4.2: Comparativo entre as Temperaturas médias horárias do ar (°C) durante todo o período de coleta e as Temperaturas horárias do ar (°C) em 26/12/07 no Ponto 09._______________________________________71 Gráfico 4.3: Temperatura média do ar (°C) em função do horário._______________83 Gráfico 4.4: Temperatura média diurna (°C) – das 7h às 19h.___________________85 Gráfico 4.5: Temperatura média Noturna (°C) – das 20h às 6h__________________85 Gráfico 4.6: Diferença entre Temperatura (°C) média diária, diurna e noturna dos pontos urbanos e do IPMET__________________________________86 Gráfico 4.7: Diferença entre Temperatura (°C) média noturna dos pontos urbanos e do IPMET.___________________________________________________86 Gráfico 4.8: Distribuição da amostra por faixa etária.________________________109 Gráfico 4.9: Distribuição da freqüência relativa do gênero dos entrevistados._____110 Gráfico 4.10: Distribuição da freqüência das atividades realizadas._____________110 Gráfico 4.11: Distribuição da freqüência de moradores do bairro._______________111 Gráfico 4.12: Comparativo das respostas sobre a sensação térmica nos 10 pontos. ________________________________________________________112 Gráfico 4.13: Comparativo das respostas sobre a preferência térmica nos 10 pontos.__________________________________________________113 Gráfico 4.14: Comparativo das respostas sobre o grau de satisfação dos pedestres._______________________________________________114 xvii Lista de Quadros Quadro 1.1: Calor cedido ao ambiente (W), segundo a atividade desenvolvida pelo indivíduo. Fonte: Mesquita (1977) apud Frota e Schiffer (2001).____27 Quadro 1.2: Tipo de vestimenta e valor correspondente do clo. Fonte: Costa (2003)._____________________________________________29 Quadro 2.1: Dados climáticos de Bauru – Período 1961 a 1990. Fonte: Centro de Pesquisas Meteorológicas e Climáticas aplicadas à Agricultura (2008)._____________________________________________40 Quadro 2.2: Equipamentos de Medições Fixas.__________________________45 Quadro 2.3: Equipamentos de Coleta de Dados Microclimáticos______________49 Quadro 4.1: Período e Características da Coleta de Medidas Fixas.________69 Quadro 4.2: Fichas de caracterização climática dos 10 pontos de coleta de dados______________________________________________72 Quadro 4.3: Resumo das médias de Temperatura Atmosféricas (°C) e Amplitude Térmica (°C)._________________________________________82 Quadro 4.4: Valores médios de temperatura do ar mínima e máxima, amplitude térmica e diferença entre a temperatura média diária urbana e rural (IPMET).____________________________________________83 Quadro 4.5: Diferença horária entre a Temperatura do ar (°C) noturna dos 10 Pontos e a Temperatura do ar (°C) noturna no IPMET e intensidade das ilhas de calor.__________________________87 Quadro 4.6: Taxa de ocupação dos Pontos.____________________________90 Quadro 4.7: índice de Aproveitamento dos Pontos._______________________94 Quadro 4.8: Altura Média das edificações em cada ponto.__________________98 Quadro 4.9: Área Livre (m2)._______________________________________102 Quadro 4.10: Influências dos parâmetros urbanos sobre os dados climáticos._________________________________________106 Quadro 4.11: Data e Horário de coleta dos Questionários dos dados microclimáticos.______________________________________108 Quadro 4.12: Dados microclimáticos coletados durante a aplicação dos questionários._______________________________________111 Quadro 4.13: Questões do questionário sobre conforto térmico e variável relacionada._________________________________________112 Quadro 4.14: Classificação dos pontos segundo as variáveis de sensação térmica, preferência térmica e grau de satisfação.____________________115 Quadro 4.15: Densidade de vegetação nos pontos de coleta de dados._________117 xviii Quadro 4.16: Temperatura Média do ar (°C), Material e Temperatura média (°C) das superfícies do entorno do pedes___________________________120 xix Glossário Albedo: razão entre a quantidade de radiação refletida e a quantidade total de radiação incidente. Amplitude térmica: diferença entre as temperaturas mínima e máxima registras em determinado local, num certo período de tempo. Índice de Aproveitamento: razão entre a área máxima total de construção (incluindo todos os pavimentos) e a área do lote Morfologia Urbana: elementos formais que constituem uma área urbanizada, compreendem a forma dos edifícios e das quadras, a altura das construções e o espaço entre elas, a largura e orientação das ruas, a orientação das edificações e a presença ou não de vegetação. Porosidade: é representada pela maior ou menor permeabilidade de uma estrutura urbana à passagem dos ventos expressa por meio do espaçamento entre as edificações e/ou arranjos morfológicos, diversidade de altura das edificações e índice de fragmentação das áreas construídas. Rugosidade: características urbana que expressa a influência das diferentes alturas das edificações sobre o fluxo de ar. Sotavento : região contrária àquela que barra o vento, caracterizada por ser uma zona protegida do vento. Taxa de Ocupação: razão entre a área projetada da edificação sobre e a área do terreno. INTRODUÇÃO 1 INTRODUÇÃO A Ergonomia Ambiental, estudando a interface homem-ambiente, engloba estudos do ambiente construído, utilizando vários aspectos para avaliar a relação humana com suas atividades. No caso dessa pesquisa, propõe-se que o ambiente gerado pela configuração urbana seja avaliado através da qualidade térmica proporcionada ao pedestre e/ou usuários dos espaços urbanos. Durante as últimas décadas, as cidades dos países menos desenvolvidos têm atraído a população rural. A numerosa migração rural e as elevadas taxas de reprodução têm provocado uma explosão do crescimento urbano. A afluência de população para as cidades acontece numa velocidade que o planejamento, a ampliação da administração e o estabelecimento de um controle sanitário adequado não conseguem alcançar (LOMBARDO, 1985). No Brasil 81,25% da população vive na área urbana (IBGE, 2000). Até 1960 predominava no país a população rural, no recenseamento de 1970 já se constatou o predomínio da população urbana com 56% da população nacional. Com a grande migração acompanhada de alto crescimento vegetativo, houve uma rápida expansão das cidades (figura 1.1). Esse processo de urbanização sem planejamento tem resultado em intensa e profunda manipulação do ambiente, causando sérias transformações que recaem sobre a paisagem local, afetando o estado psicológico e fisiológico dos habitantes. Gráfico 0.1: Crescimento da população urbana em detrimento da rural. Fonte: IBGE (2000) 2 Uma cidade sem planejamento adequado de uso do solo, com ausências de parâmetros adequados de verticalização e ocupação, sobretudo onde ela cresce a uma velocidade rápida e com poucos recursos técnicos, pode colocar em risco a qualidade de vida dos seus habitantes. Um dos fatores mais preocupantes no ambiente das cidades que contribui para a qualidade de vida da população residente relaciona-se com as transformações no clima local. Este pode ser influenciado por uma série de fatores como densidade demográfica e de construção, intensidades do fluxo de veículos e pedestres, estrutura e morfologia urbana, configuração vertical, padrões de edificação, uso do solo, áreas livres e áreas verdes. Segundo Oke (1978) o clima urbano é o resultado das modificações causadas pelo processo de urbanização na superfície terrestre e das características atmosféricas de um determinado local e para Bustos Romero (2001) o clima urbano é a modificação substancial de um clima local. Ao se considerar o clima urbano na escala das edificações e dos elementos de seu entorno fala-se em microclima, que apresenta características diferentes em diversas regiões de uma mesma cidade. O microclima intraurbano resulta dos impactos causados pelo ambiente urbano no clima local. Chama-se “ilha de calor” o microclima criado por uma região urbanizada que passa a apresentar temperaturas noturnas mais elevadas que as da área rural. De acordo com Toudert & Bensalem (2001) a geometria urbana é responsável pelo clima urbano global, particularmente pelo aparecimento da ilha de calor, o sistema de ventos e o armazenamento de calor no edifício, modificando o balanço de energia e os efeitos da obstrução do sol e do vento. Tais alterações climáticas exercem influência na sensação térmica do usuário tanto de ambientes externos como do interior das edificações. É neste ambiente, com inúmeras modificações climáticas sofridas ao longo de seu desenvolvimento, que acontece, com crescente freqüência e intensidade, a maior parte das atividades humanas Para Martins (2003), a ergonomia do ambiente construído tem como objeto de estudo a relação entre as interações do homem com o espaço modificado, e sua adequação a partir de técnicas e métodos do design universal, acessibilidade, arquitetura, desenho urbano, entre outros. Oliveira (1993) afirma que o homem, por meio de suas ações e de seu papel no processo de ocupação, é capaz de alterar a 3 forma urbana (conformação das características do sítio versus massa edificada) possibilitando alterações do clima urbano. Estudando e conhecendo os fatores que influenciam o microclima urbano torna-se possível manipulá-los ao se planejar cidades ou bairros para que se tornem mais adequados à região em que serão implantados e ao uso a que se destinam, tornando-se mais confortáveis termicamente e favoráveis ao bem-estar dos seus habitantes e usuários. Este trabalho se propõe a verificar a influência da estrutura urbana sobre as condições do clima de um bairro residencial na cidade de Bauru-SP, que apresenta tendência ao adensamento e verticalização. Objetivo Objetivo geral O projeto tem como objetivo estabelecer relações entre parâmetros urbanos de uso e ocupação do solo com as temperaturas urbanas e o conforto térmico do pedestre. Objetivos específicos Relacionar os padrões de quadra com as temperaturas urbanas alcançadas; Mapear as condições térmicas da área urbana estudada; Verificar as possíveis relações entre fatores urbanos e o conforto térmico humano para algumas atividades desenvolvidas em áreas externas em locais de permanência e passagem; Identificar características de ocupação que tenham influência no conforto térmico do usuário. Estrutura da Dissertação Esta dissertação foi dividida em cinco capítulos. A introdução resgata um breve panorama a respeito do assunto a ser estudado, apresentando os objetivos a que esta pesquisa se propõe e a estrutura desta dissertação. 4 O Capítulo 01 apresenta a revisão bibliográfica e a fundamentação teórica da pesquisa. Abordam-se a função da ergonomia ambiental no planejamento urbano; o clima, seus fatores e elementos; o clima urbano, a morfologia urbana e o conforto térmico dos usuários de ambientes externos. No segundo capítulo descreve-se a metodologia aplicada neste trabalho. Foram detalhadas as etapas da pesquisa, explicitando a forma como esta se desenvolveu, incluindo os instrumentos utilizados e os questionários aplicados na coleta de dados. Apresenta-se o município de Bauru – SP, onde o estudo foi desenvolvido, dando-se ênfase ao bairro em que a pesquisa se efetivou, sendo descritos os aspectos climáticos, a localização e as principais características morfológicas da região. No capítulo 03 estão expostos os resultados da classificação das quadras urbanas e a seleção dos pontos de coleta de dados. O capítulo 04 apresenta inicialmente os resultados obtidos com as medições fixas de temperatura e as análises que culminaram na determinação do comportamento térmico da malha urbana. Posteriormente são expostos os resultados alcançados pela aplicação de questionários e simultânea coleta de dados microclimáticos. Finalmente, com base em tais resultados, é feita a avaliação do conforto térmico do pedestre. No quinto e último capítulo são feitas, as considerações finais a respeito do trabalho e alguns apontamentos para futuros estudos na área. No final do trabalho estão descritas as referências bibliográficas utilizadas na elaboração desta dissertação. É importante observar que por essa dissertação ter sido desenvolvida num momento de transição das regras ortográficas, no texto ainda está sendo aplicada a regra antiga de ortografia para a língua portuguesa. CLIMA, MORFOLOGIA URBANA E CONFORTO TÉRMICO 01 5 1. CLIMA, MORFOLOGIA URBANA E CONFORTO TÉRMICO O processo de urbanização sem planejamento tem resultado em intensa e profunda manipulação do ambiente, causando sérias transformações que recaem sobre a paisagem da cidade afetando o estado psicológico e fisiológico dos habitantes. As alterações da paisagem natural e sua substituição pelo ambiente construído ocasionam forte mudança no balanço de energia, trazendo mudanças no conforto térmico, na qualidade do ar e no impacto meteorológico (Monteiro & Mendonça, 2004). Em virtude da urbanização acelerada e sem planejamento pesquisadores da área ambiental têm demonstrado crescente preocupação e interesse no conhecimento do clima urbano, o que pode ser constatado a partir de consultas a anais de encontros da área. No Brasil, foi criada a partir de 1997 uma sessão técnica específica para o tema nos Encontros Nacionais sobre Conforto no Ambiente Construído (ENCAC). Internacionalmente, deve-se ressaltar a International Conference on Urban Climate (2003), na qual constou uma série de sessões de interesse de arquitetos e planejadores urbanos, e os encontros da Passive and Low Energy Architecture (PLEA), nos quais os artigos sobre clima urbano estão diluídos entre as várias sessões segundo o enfoque específico do trabalho (FARIA & MENDES, 2004), em 2005 foi criado o Congresso Luso Brasileiro para o Planejamento Urbano, Regional, integrado e Sustentável (PLURIS), uma parceria entre pesquisadores brasileiros e portugueses, cujo objetivo principal é discutir e relacionar aspectos do planejamento urbano e regional, do ambiente construído e da qualidade de vida, da mobilidade e dos transportes. Na área da ergonomia os principais congressos como o ERGODESIGN e o da Associação Brasileira de Ergonomia (ABERGO) também reservam uma sessão para a Ergonomia do Ambiente Construído, na qual é incluída a ergonomia ambiental. Segundo Lombardo (1985), a urbanização, considerada em termos de espaço físico construído, altera significativamente o clima urbano, considerando-se as superfícies de absorção térmica, impermeabilização dos solos, alterações na cobertura vegetal, concentração de edifícios que interferem no efeito dos ventos, contaminação da atmosfera pela emanação de gases. Sabendo-se do grande impacto que o ambiente urbano causa no clima local, criando microclimas dentro das cidades, assim como foi descrito por Landsberg (1981), Oke (1987) e Givoni (1989), torna-se justificável o crescente interesse em estudar o clima urbano e em suas condicionantes. Estas variáveis exercem influência 6 não somente nos espaços urbanos abertos, mas também interagem diretamente com as envoltórias das edificações urbanas. Com o intuito de compreender melhor a interação entre o clima, o ambiente urbano e o comportamento humano, este capítulo traz uma revisão bibliográfica a respeito da ergonomia ambiental e sua atuação, do clima em geral, com destaque para o clima urbano e suas condicionantes, da morfologia urbana e finalmente do conforto térmico. 1.1. .Ergonomia ambiental Segundo Moraes e Mont’Alvão (2000), conceitua-se a ergonomia como tecnologia projetual das comunicações entre homens e máquinas, trabalho e ambiente. O atendimento aos requisitos ergonômicos possibilita maximizar o conforto, a satisfação e o bem-estar do indivíduo. De acordo com as mesmas autoras, o objeto da ergonomia, seja qual for sua linha de atuação, ou as estratégias e os métodos que utiliza, é o homem no seu trabalho, realizando a sua tarefa cotidiana, executando as suas atividades do dia-a- dia. Esse trabalho compreende o trabalhador, o operador, o mantenedor, o instrutor ou o usuário no seu local de trabalho, enquanto executa sua tarefa, com máquinas, ferramentas, equipamentos e meios de trabalho, num determinado ambiente físico e arquitetural. Para Moraes e Mont’Alvão (2000), projeto ergonômico é a aplicação da informação ergonômica ao design de ferramentas, máquinas, sistemas, tarefas, trabalhos e ambientes para uso humano seguro, confortável e efetivo. Com base nos enfoques sistêmico e informacional, a Ergonomia como tecnologia operativa trata de definir para projetos os seguintes parâmetros: interfaciais, instrumentais, informacionais, acionais, comunicacionais, cognitivos, movimentacionais, espaciais/arquiteturais, físico-ambientais, químico-ambientais, securitários, operacionais, organizacionais, instrucionais, urbanos e psicossociais (MORAES E MONT’ALVÃO, 2000). Sendo que a ergonomia ambiental se utiliza dos seguintes parâmetros: � Espaciais/arquiteturais: Aeração, insolação e iluminação do ambiente; isolamento acústico e térmico; áreas de circulação e layout de 7 instalação das estações de trabalho, ambiência gráfica, cores do ambiente e dos elementos arquiteturais. � Físico-ambientais: Iluminação, ruído, temperatura, vibração, radiação, pressão, dentro dos limites da higiene e segurança do trabalho, e considerando as especificidades da tarefa. � Urbanos: Planejamento e projeto do espaço da cidade, sinalização urbana e de transporte, terminais rodoviários, ferroviários e metroviários. Áreas de circulação e integração, áreas de repouso e de lazer. Portanto, ao estudar aspectos espaciais, físico-ambientais e urbanos, a ergonomia ambiental, procura conhecer melhor a ventilação, insolação, a temperatura e iluminação do ambiente, bem como as características do sítio urbano como as áreas de circulação de veículos e pedestres, áreas de lazer e convivência e as áreas verdes. Ao realizar suas pesquisas e posteriores intervenções possibilita maximizar o conforto, a satisfação e o bem-estar do homem urbano. As pesquisas e intervenções ergonômicas lançam mão dos métodos em uso pelas ciências sociais e das técnicas propostas pela engenharia de métodos. As classificações de pesquisa em sociologia e psicologia baseiam-se em métodos de pesquisa que incluem diferentes abordagens lógicas para os projetos de investigações, assim como a escolha de uma variedade de técnicas, tais como a construção de questionários e escalas de avaliação (MORAES E MONT’ALVÃO, 2000). A ergonomia do ambiente construído incorpora disciplinas relacionadas ao ser humano (antropologia, antropometria, fisiologia, sociologia, psicologia, semiótica, entre outras) e relacionadas ao ambiente construído (arquitetura, conforto ambiental, desenho urbano, planejamento urbano, engenharias). Desta forma, ela trata do ambiente modificado pelo homem, ou seja, o espaço arquitetônico ou urbano. Realiza pesquisas e propostas projetuais sugerindo mudanças e inovações, tanto para o ambiente interno como para o urbano, a partir de variáveis fisiológicas, psicológicas e cognitivas humanas e segundo critérios que privilegiam em primeira instância o ser humano. 1.2. Clima 8 O estudo do clima é importante para a compreensão dos princípios e para o entendimento do que deve ser controlado no ambiente a fim de se obter os resultados esperados de um projeto (BUSTOS ROMERO, 1988). Segundo Lamberts et al (1997), é importante conhecer as diferenças conceituais entre tempo e clima. Os autores definem o tempo como a variação diária das condições atmosféricas, e o clima como a condição média do tempo em uma dada região, baseada em medições (normalmente durante trinta anos). Givoni (1981) afirma que o clima de uma dada região é determinado pelo padrão de variações dos vários elementos e suas combinações, destacando que os principais elementos que devem ser considerados num projeto são: radiação solar, comprimento de onda de radiação, temperatura do ar, umidade, ventos e precipitações. Conceitualmente, o clima é resultado de fatores climáticos globais e locais e de elementos climáticos que caracterizam certa localidade. Os fatores climáticos globais envolvem a radiação solar, a latitude, a altitude, o regime dos ventos e as massas de água. Os fatores climáticos locais envolvem a topografia, a vegetação, e o revestimento do solo. Os elementos climáticos, principalmente a temperatura do ar, a umidade, as precipitações, a radiação e os movimentos do ar, sofrem influência do ambiente urbano. Tais elementos atuam de forma integrada, influenciando-se mutuamente. As informações climáticas devem ser consideradas em três níveis (MASCARÓ, 1996): � Dados macroclimáticos: descrevem o clima em geral de uma região e são obtidos em estações meteorológicas; � Dados mesoclimáticos: informam as modificações do macroclima, provocadas pela topografia local; � Dados microclimáticos: informam os efeitos das ações humanas sobre o entorno, como também, a influência que estas modificações exercem em recintos urbanos. Segundo Bustos Romero (1988), atribui-se aos fatores climáticos globais a qualidade de condicionar, determinar e dar origem ao clima, enquanto os chamados fatores climáticos locais introduzem variações no clima condicionando, determinando e 9 dando origem aos diferentes microclimas identificados em ambientes restritos como uma cidade, um bairro ou uma rua. Os elementos climáticos representam os valores relativos a cada tipo de clima. Portanto, o clima de uma determinada região costuma sofrer alterações determinadas pelos fatores climáticos locais, gerando, nos espaços urbanizados, diferenciações climáticas conhecidas como clima urbano. 1.3. O Clima Urbano Em geral a temperatura numa área urbana construída é diferente daquela dos arredores rurais, isso acontece principalmente pela interferência no balanço energético dessa área pela maior ou menor exposição à radiação solar e ao vento. Assim define- se o clima urbano, como a mudança do clima local em conseqüência da urbanização, ou seja, o clima dentro da cidade apresenta-se distinto do padrão regional. De acordo com Oliveira (1993), o clima urbano é definido pelas características do clima regional, pela forma urbana e pelas atividades humanas desenvolvidas na cidade. Monteiro (1976) conclui que o clima urbano é um sistema que compreende o clima de um determinado espaço urbanizado, ou seja, o espaço concreto e tridimensional que instantânea e ininterruptamente incorpora e desprende energia de natureza térmica. O homem, pela sua atuação, tem grande importância na estrutura do sistema, constituindo um referencial de problemas e valores. No interior da cidade o próprio clima urbano pode apresentar desvios em determinadas regiões devido às características urbanas de cada local, implicando na formação de microclimas particulares. O estudo do clima urbano, bem como dos seus microclimas é, segundo Katzschner (1997), um instrumento para o planejamento das cidades, pois considera a circulação do ar e as condições térmicas como aspectos relevantes para a preservação e/ou o projeto do chamado “clima urbano ideal” durante o processo de crescimento das cidades. Isto evita que as intervenções sobre o meio natural prejudiquem os recursos que o sítio oferece, assegurando a circulação e renovação das massas de ar. Há muito tempo tem-se discutido a importância da estrutura urbana em relação ao clima. De acordo com SOUZA (1996), devido às influências das condições 10 atmosféricas e climáticas sobre o homem e suas atividades, as tendências e problemas, apresentados pelo clima urbano são observados desde antes do início da Era Cristã. Vitrúvio (75-26 a.C.) já se preocupava em discutir largura de vias e de direção de ventos predominantes para melhor adequação de edificações ao clima. Os primeiros estudos sobre o clima urbano aconteceram no começo do século XIX, na Europa. O trabalho de Howard (1833 apud Landsberg, 1981), publicado em 1818, sobre o clima de Londres foi um dos primeiros a observar as diferenças de temperatura entre a cidade e o meio rural. Na França e Alemanha, na segunda metade do século XIX, houve crescimento nos estudos do clima urbano, em virtude da expansão das redes de observação meteorológica. Na década de 30, a utilização dos dados de redes-padrão foi muito discutida, assim houve a emergência da micro-meteorologia, especialmente na Alemanha e na Áustria (PEZZUTO, 2007). A América do Norte e o Japão iniciaram alguns estudos sobre o clima durante a 2ª Guerra Mundial. Desde então, muitos trabalhos foram desenvolvidos nestes países, tomando a temperatura do ar como a principal variável de estudo. Nesse período, segundo Monteiro (2003), destacam-se o estudo de Landsberg (1956) e Chandler (1965). O primeiro trabalho assinala o princípio da preocupação com o destino do planeta e faz parte da coletânea, patrocinada pela National Science Foundation, intitulada “Man´s role in changing the face of Earth”, onde se encontra a pesquisa de Landsberg: The Climate of tows. Tal trabalho representa o marco histórico nos estudos climatológicos, pois é a primeira síntese sobre as pesquisas a respeito do clima urbano. Já o trabalho de Chandler, foi uma monografia sobre as modificações climáticas da cidade de Londres, que obteve grande destaque no período. De acordo com Pezzuto (2007), no Brasil, a partir da década de 1960, a preocupação com a queda da qualidade ambiental das grandes cidades brasileiras foi um dos fatores que impulsionaram o surgimento de estudos relacionados ao clima urbano no país. Cidades de pequeno, médio e grande porte foram o alvo das investigações, a maioria delas na região centro-sul, tendo-se intensificado e se distribuído pelo território nacional na década de 1990. Dentre os estudos, destacam-se os trabalhos de Gallego (1972), Monteiro (1976), Tarifa (1977), Sartori (1979), Fonzar (1981), Sampaio (1981), Lombardo (1985) e Dani (1987). 11 A alteração climática mais evidente produzida pelo ambiente urbano é o fenômeno denominado “ilha de calor”. As ilhas de calor ocorrem especialmente à noite, quando as cidades apresentam temperaturas maiores que o meio rural que a circunda. O local de seu maior desenvolvimento coincide com o centro das cidades, onde as construções formam um conjunto mais denso. As causas que contribuem para sua formação estão relacionadas às mudanças no balanço energético da superfície devido à urbanização. O fenômeno é decorrente do balanço de energia no espaço urbano, que se caracteriza pelo acúmulo de calor nas superfícies e conseqüente elevação da temperatura do ar. Lombardo (1985) desenvolveu um estudo a respeito das ilhas de calor em metrópoles e usou como objeto de estudo a cidade de São Paulo-SP. Sua pesquisa demonstrou que a configuração da ilha de calor na cidade de São Paulo identifica-se com o modelo concebido por Oke (1978), onde as maiores temperaturas acontecem no centro comercial, ocorrendo um grande declínio no limite rural-urbano. As maiores variações de temperatura ocorreram durante a tarde, intensificando-se até o período noturno. Durante a madrugada a ilha de calor tende a diminuir coincidindo com o declínio da atividade urbana, associada às diferenças no balanço de radiação. Aos domingos, com a diminuição das atividades urbanas e conseqüente menor concentração de poluentes, há diminuição na intensidade das ilhas de calor na cidade de São Paulo, o que leva à conclusão que situações favoráveis à concentração de poluentes também contribuem para aumentar o gradiente horizontal de temperatura em grandes cidades. Ainda na pesquisa de Lombardo (1985), evidenciou-se que espacialmente a ilha de calor acompanha a conformidade da mancha urbana, sofrendo alterações de acordo com a direção dos ventos predominantes. As menores temperaturas, no interior da mancha urbana de São Paulo, ocorreram nas proximidades de parques, serras e reservatórios d’água. Em condições de atmosfera estável o gradiente térmico horizontal da metrópole paulistana registra as maiores variações de temperatura, chegando a temperaturas até 10°C superiores onde ocorrem as ilhas de calor. García (1999) explica que a “ilha de calor” é um fenômeno próprio das cidades e consiste em se ter uma temperatura mais quente, em especial à noite, que a do meio menos urbanizado que a cerca, sua intensidade é principalmente determinada pelo balanço térmico da região urbana, chegando a resultar em mais de 10°C de diferença de temperatura em casos mais extremos. Suas principais causas são: o aquecimento da camada de ar mais próxima ao solo, devido à grande quantidade de poluentes na 12 atmosfera, principalmente do dióxido de carbono; a utilização de condicionadores de ar e refrigeradores, e a fumaça dos automóveis e das indústrias que provocam aumento do calor na área urbana; a grande concentração de edifícios, que impede a chegada de energia solar na superfície; em função das propriedades térmicas dos materiais urbanos, o calor é rapidamente absorvido durante o dia, mas, facilmente liberado durante a noite, gerando grande amplitude térmica; e ainda, a retirada da vegetação e a diminuição de superfícies líquidas que diminuem a evapotranspiração e aumentam o calor. Portanto, a urbanização ao substituir ecossistemas naturais por centros de alta densidade criados pelo homem produz um ambiente artificial, criando fenômenos como as ilhas de calor que contribuem para o desconforto térmico experimentado pelo habitante da cidade. Deste modo, percebe-se que a forma urbana atua como modificador do clima regional e cria condições concretas que se pode definir como clima urbano. Assim, a paisagem urbana é resultado de elementos físicos, biológicos e antrópicos que, interagindo entre si, fazem dela um conjunto único em constante evolução. 1.4. Morfologia Urbana A morfologia do tecido urbano diz respeito aos elementos formais que constituem uma área urbanizada. Estes compreendem a forma dos edifícios e das quadras, a altura das construções e o espaço entre elas, a largura e orientação das ruas, a orientação das edificações e a presença ou não de vegetação. Lamas (1989) afirma que a forma urbana, corpo ou materialização da cidade, é capaz de determinar a vida humana em comunidade. Oliveira (1988) completa esse conceito ao apresentar a forma urbana como produto das relações estabelecidas pelo homem, e como um dos instrumentos de controle climático para obter condições de conforto e salubridade do espaço citadino. Oke (1976) enfatiza que as condições climáticas específicas num dado local são determinadas pelo seu entorno, em particular, os materiais, a geometria, e as propriedades da superfície. Os principais fatores que contribuem para a formação do clima urbano, citados por Givoni (1998), são: a localização da cidade dentro da região, o tamanho das cidades, a densidade da área construída, a cobertura do solo, a altura 13 dos edifícios, a orientação e largura das ruas, a divisão dos lotes, a existência de parques e áreas verdes e detalhes especiais no desenho dos edifícios. Cada um dos fatores que influenciam o clima urbano tem um efeito específico, entender o impacto que cada um deles, sozinho ou combinados entre si, exercem na temperatura da cidade é útil para analisar que aspectos do desenho urbano podem ser manipulados, a fim de se desenvolver projetos urbanísticos que priorizem a qualidade térmica do ambiente. Destacam-se como principais fatores condicionantes do clima urbano os atributos bioclimatizantes da forma urbana descritos a seguir. 1.4.1. Porosidade A porosidade corresponde ao espaçamento entre as edificações e/ou arranjos morfológicos, diversidade de alturas das edificações e índice de fragmentação das áreas construídas que conferem maior ou menor permeabilidade aos ventos do tecido urbano. A diminuição da porosidade da malha urbana - redução dos índices que definem afastamentos mínimos entre o edifício e o limite do lote e o aumento do gabarito das edificações - reduz a velocidade dos ventos. 1.4.2. Rugosidade Corresponde à maior ou menor fricção entre a superfície urbana e os ventos que a atravessam. Em climas quentes e úmidos, deve-se tornar a malha mais porosa, aumentando as dimensões dos recuos e incentivar o uso de pilotis ou de pavimentos intermediários vazados, propiciando uma melhor ventilação natural na malha urbana, evitando a formação das ilhas de calor. 1.4.3. Áreas Densamente Construídas Corresponde aos aspectos relacionados às taxas de ocupação da área construída, distância entre edificações e alturas médias dos edifícios, além de detalhes da estrutura urbana, como tamanho e forma das edificações e posição relativa entre elas. De acordo com Givoni (1998) a densidade das várias áreas construídas numa cidade afeta o clima local em cada uma das áreas urbanas. As edificações modificam principalmente as condições dos ventos (figura 1.1), o balanço de radiação, e a 14 temperatura do ar. Portanto, a fração de solo coberto por edifícios num determinado local é um fator relevante na avaliação do efeito da urbanização no clima. A influência de um determinado nível de densidade depende de uma ampla extensão de detalhes da estrutura física urbana. Figura 1.1: Comportamento dos ventos de acordo com a morfologia do tecido urbano. Fonte: Bustos Romero ( 2001) A distância entre os edifícios, explica o autor, afeta as condições de ventilação externa e internamente. Sabe-se que o aumento na densidade da área construída reduz o fluxo de ar na área urbana, como resultado da maior rugosidade e conseqüente fricção próxima do solo. No espaço densamente construído a trajetória da radiação solar incidente nos edifícios é complexa. Uma parte significativa da entrada de radiação chega às coberturas acima do nível do solo, somente uma pequena parte chega ao solo. O tamanho dos edifícios, com pequena distância entre si, faz com que a quantidade de radiação solar incidente nas ruas e em outras áreas abertas dos edifícios seja pequena. A radiação que incide nas fachadas dos edifícios é parcialmente refletida nas paredes dos edifícios vizinhos. No final desse processo, apenas uma pequena parte da radiação solar incidente nos edifícios é refletida para o céu, enquanto a maioria é absorvida pelas paredes das construções e, de acordo com a cor de cada edificação, pode ser emitida de volta ao céu no final da tarde ou à noite (GIVONI 1998). 15 Esse calor absorvido pelas paredes e pela superfície do solo é devolvido ao meio por radiações de onda longa. O autor afirma que a intensidade da perda de radiação depende da porção do céu na qual ela é descarregada, ou seja, a fração do céu que a parede e a rua “vêem”, conhecido por “fator de visão do céu”. Sob condições urbanas a maior parte da abóbada celeste vista pela parede está obstruída por outros edifícios. Desta forma, a troca de radiação por ondas longas entre as paredes não resulta numa significante perda de calor. Quase toda a radiação emitida pelas paredes ou pelo solo em áreas densamente construídas é reabsorvida por outras paredes, conseqüentemente a perda por radiação de ondas longas resulta apenas num pequeno resfriamento do espaço próximo do nível do chão (figura 1.2). Figura 1.2: Distribuição esquemática da radiação solar incidente em (a) área rural, (b) Área construída com razão H/W =1 e (c) Área urbana com alta densidade construída, com razão H/W =4. Fonte: Givoni (1998) Como a perda de calor por radiação é o fator principal do processo de resfriamento do solo e do ar que o circunda durante a noite, o resultado da insatisfatória descarga de radiação do espaço urbano abaixo do nível das coberturas é expresso primeiramente pelo lento resfriamento da área urbana durante a noite em comparação com a área rural. Portanto, quanto mais densa é a área construída menor é a taxa de resfriamento noturno, e essa é uma dos maiores causas da formação das “ilhas de calor”. 16 Além disso, Givoni (1998) afirma que a alta densidade construída, com freqüência, resulta em menos árvores e outros tipos de vegetação. Como as plantas têm taxa de aquecimento menor durante o dia e taxa de resfriamento maior durante a noite, se comparadas com os materiais que constituem os edifícios e outras superfícies urbanas, quanto menos vegetação mais alta é a temperatura urbana. 1.4.4. Tamanho da cidade O tamanho da cidade é determinado pelas dimensões verticais e horizontais da estrutura urbana. Influi na quantidade de fontes produtoras de calor e de poluentes, assim como as áreas com crescimento vertical intenso também estão associadas às altas temperaturas urbanas. Os padrões de ocupação com maior densidade tendem a possuir as maiores médias de temperatura, enquanto que os padrões de ocupação com menores taxas tendem a possuir as menores médias (BARBIRATO et al, 2007). 1.4.5. Uso e ocupação do solo Influenciam na distribuição das temperaturas dentro da estrutura urbana, provocada pela concentração/dispersão de atividades de acordo com o tempo (dias úteis/finais de semana); centralização/descentralização de atividades (maior massa construída nos centros urbanos) e proporção de áreas verdes (BARBIRATO et al, 2007). Oliveira (1988) destaca que quanto maior a concentração de elementos contendo atividades industriais, comerciais e de prestação de serviços, maior a transmissão de calor e de poluentes atmosféricos, e conseqüentemente maiores as alterações climáticas. Já em parques e reservatórios d‘água estudos apontam que a temperatura costuma ser menor. 1.4.6. Orientação e Largura das Ruas Refere-se à influência da insolação e da incidência dos ventos e/ou modificações na morfologia do solo/paisagem e barreiras edificadas. A largura das ruas determina a distância entre as edificações dos dois lados da rua, trazendo impactos tanto na ventilação como na potencial utilização do sol. O layout das ruas também determina a potencial ventilação dos edifícios, bem como as condições de ventilação externa. 17 Segundo Givoni (1998), nas ruas mais estreitas a razão entre a largura da rua e a altura dos edifícios (W/H) é menor e o fator de visão do céu também, o que aumenta a intensidade das “ilhas de calor”. No entanto, nota-se que no conceito convencional as “ilhas de calor” estão ligadas às temperaturas noturnas e o efeito da largura das ruas pode ser um pouco diferente nas temperaturas diurnas. Um dos diversos estudos que evidenciam tal fato foi realizado pelo pesquisador Baruch Givoni, que em Julho de 1988 mediu a temperatura do ar durante dois dias, a cerca de 1m de altura, em três diferentes ruas, incluindo uma larga avenida, um parque urbano e uma estreita viela. As medições foram feitas das 6h às 23h. Foi apurado que a temperatura na avenida larga era mais baixa na parte da manhã (de acordo com o modelo das “ilhas de calor”), mas durante o resto do dia, principalmente por volta do meio dia e à tarde o padrão de temperatura era revertido. A temperatura mais alta era encontrada na avenida mais larga e a mais baixa na estreita viela, com a menor razão entre largura e altura (W/H). Provavelmente isso ocorria pelo maior sombreamento causado pelas edificações ao longo de ruas mais estreitas. (GIVONI, 1988). O clima urbano também é afetado pela orientação das ruas em outros aspectos: � As condições dos ventos na área urbana como um todo; � Sol e sombra nas ruas e nas calçadas; � Exposição solar dos edifícios ao longo das ruas; � Potencial de ventilação ao longo das ruas. A orientação das ruas determina os padrões anuais e diários da radiação solar incidente nos edifícios e nos espaços entre eles, afetando assim a exposição solar das construções e o conforto das pessoas que caminham pelas calçadas. Givoni (1998) explica que uma rua com orientação norte-sul provavelmente terá construções na orientação leste-oeste, que receberão exposição solar desfavorável. No ponto de vista da insolação são preferíveis ruas com orientação leste-oeste. Em áreas construídas ocorrem muitas variações na velocidade do vento nas ruas, bem como em volta e entre os edifícios, dependendo da relação entre a direção do vento e as orientações da rua e das edificações. 18 Quando longas fileiras de edifícios num quarteirão são perpendiculares à direção do vento, zonas protegidas (sotavento) são estabelecidas entre as construções, onde a velocidade do vento é apenas uma pequena fração daquela acima da cobertura dos edifícios, ou em comparação com a velocidade do vento em ruas que são praticamente paralelas à sua direção. Bustos Romero (2001) acrescenta que quando os edifícios formam longas fileiras de mesma altura, perpendiculares à direção do vento, a distância entre eles tem pouca influência na velocidade das correntes de ar, pois as primeiras fileiras desviam as correntes, enquanto o resto, que fica atrás, é deixado à sombra do vento (figura 1.3). Figura 1.3: Comportamento dos ventos quando sua direção é perpendicular à dos edifícios. Fonte: Bustos Romero (2001) O aumento na altura e na largura das edificações corresponde a uma expansão proporcional do tamanho da sombra de vento. Aumentando-se a profundidade da construção a sombra de vento é reduzida, que é ainda influenciada pela combinação entre altura e a largura da edificação (BITTENCOURT E CÂNDIDO, 2006) (figura 1.4). 19 Figura 1.4: Efeito da largura dos edifícios no comportamento dos ventos. Fonte: Bittencourt e Cândido (2006) Por outro lado, quando as ruas ou os edifícios são paralelos à direção do vento, ele pode fluir pelos espaços entre os prédios e ao longo das ruas, com um pequeno retardo em conseqüência da fricção com as edificações. Quanto mais largas forem as ruas menor resistência das construções será encontrada pelas correntes de ar, melhorando o nível de ventilação urbana. Neste caso, a velocidade do vento será alta nas ruas, calçadas e áreas livres entre as construções, contudo, os edifícios estarão expostos à mesma pressão do ar em ambos os lados, um fator que reduz seu potencial de ventilação interna natural. Um caso especial acontece quando o vento é oblíquo às ruas e às construções em sua extensão. Se os edifícios são de média altura, por volta de duas vezes a largura da rua, a situação será muito diferente em cada um dos lados da rua, pois a pressão e a velocidade do vento serão opostas nos dois lados do edifício e nas calçadas. Ao longo dos prédios com baixa ventilação um forte fluxo de ar descendente será gerado pelos ventos, especialmente próximo do cruzamento das ruas. A calçada ao longo destes edifícios será afetada por tal corrente de ar, enquanto a calçada do outro lado estará protegida (GIVONI, 1998). 1.4.7. Cobertura do Solo e Propriedades dos Materiais Urbanos Relaciona-se à quantidade de superfície do solo urbano recoberto por edificações e construções e a quantidade de solo nu compactado, bem como dos materiais que revestem o solo e as construções. 20 A impermeabilização das cidades, com as superfícies edificadas e os pavimentos das ruas, faz com que a evacuação da água das chuvas seja muito rápida, e por haver poucas superfícies com solo natural e vegetação, a evapotranspiração seja reduzida. Para Frotta & Schiffer (2001) o revestimento do solo interfere nas condições climáticas locais, pois quanto maior for a umidade do solo, maior será sua condutibilidade térmica. Um solo pouco úmido se esquenta mais facilmente durante o dia, mas à noite devolverá o calor armazenado rapidamente, provocando grande amplitude térmica diária A substituição dos materiais naturais pelos urbanos provoca mudanças nas características da atmosfera local, aumentando a temperatura nos grandes centros. Como os materiais das superfícies urbanas têm usualmente grande capacidade calorífica, seu potencial de armazenar energia é maior que o das superfícies rurais e, portanto, é maior também seu potencial de aumentar a temperatura noturna do ar através da irradiação de energia acumulada. A capacidade de reflexão e absorção dos diversos materiais, em relação à luz e ao calor, depende diretamente de suas propriedades físicas como densidade, textura e cor. Influenciam consideravelmente na quantidade de energia térmica acumulada e irradiada para a atmosfera, contribuindo para o aumento da temperatura do ar (BARBIRATO et al, 2007). Uma propriedade importante na determinação da taxa relativa de calor na superfície exposta à insolação é o albedo, ou seja, a percentagem de energia refletida de volta para a atmosfera, e depende do tipo e da cobertura da superfície (figura 1.5). Figura 1.5: Albedo de materiais e superfícies urbanas. Fonte: Espereenc, 2003 apud Barbirato et al (2007). 21 Os diferentes tipos de revestimentos e materiais urbanos possuem albedos diferenciados. Desta forma, verifica-se que a qualidade térmica dos recintos urbanos também será fortemente influenciada pelas propriedades termo-físicas dos materiais adotados. Os materiais que possuem albedo baixo e condutividade alta proporcionam um microclima suave e estável, enquanto que o inverso contribui para a criação de um microclima de extremos. 1.4.8. Altura dos edifícios O efeito da altura das construções na ventilação urbana depende muito do arranjo dos edifícios que possuem diferentes alturas entre si. Isto acontece especialmente no modo como a distribuição de edifícios altos relaciona-se com a direção dos ventos. Num mesmo padrão de uso do solo, eles reduzem mais a velocidade dos ventos no nível do chão que os edifícios mais baixos. A influência exercida pela altura média das edificações é modificada pela altura relativa das construções do entorno. Numa região urbana com edifícios da mesma altura, as condições do vento próximas do solo podem ser bem diferentes daquelas existentes numa área com a mesma média de altura, mas com uma combinação de edificações altas e baixas próximas entre si. Isso acontece porque enquanto as construções em geral reduzem a velocidade dos ventos regionais próximos do nível do chão, edifícios individuais mais altos que os de sua vizinhança, criam fortes correntes de ar no local (GIVONI, 1998). Bustos Romero (2001) constata que as torres, quando dispersas na vizinhança, sempre aumentam a velocidade do ar nas ruas. Uma configuração densa com torres é mais bem ventilada do que uma configuração de baixa densidade com edifícios de altura uniformes. OLIVEIRA (1988) acrescenta que quanto maior o contraste entre a altura dos elementos da massa edificada, melhor é a ventilação se combinada à porosidade, maior a velocidade dos ventos em parte da massa edificada próxima dos volumes mais altos; e maiores as trocas térmicas com o meio (figura 1.6). 22 Figura 1.6: Comportamento dos ventos em relação à altura dos edifícios. Fonte: Bustos Romero (2001) Ainda segundo Givoni (1998), quando a maioria das edificações tem aproximadamente a mesma altura, a emissão de radiação de ondas longas pelas coberturas é como nas áreas abertas, e a intensidade da troca de radiação é maximizada. Porém, quando os edifícios possuem alturas diferentes as paredes dos mais altos absorvem parte da radiação refletida e emitida bloqueando uma fração do céu, o que reduz a quantidade de reflexão solar e emissão de ondas longas pelos telhados dos edifícios mais baixos. O resultado é a redução da perda de calor por radiação pela camada urbana no nível das coberturas. 1.4.9. Efeitos da Vegetação no Clima Urbano A ocupação urbana resulta em uma diminuição da cobertura vegetal original do solo, no entanto, se as principais características ambientais forem consideradas através de uma utilização ordenada do solo, os efeitos sobre o meio ambiente poderão ser minimizados e as conseqüências benéficas da vegetação poderão ser aproveitadas em favor da população (MOTA, 1998 apud COSTA, 2003). Se por um lado, o ambiente construído incrementa o acúmulo de calor; por outro, a vegetação pode atuar como amenizador da temperatura do ar. O 23 sombreamento oferecido pelas árvores possibilita a redução de temperatura do ar, além de reduzir o consumo de energia ao longo do período mais quente do dia, protegendo ambientes da insolação indesejada (MASCARÓ & MASCARÓ, 2005). De acordo com Costa (2003), a vegetação interfere na composição do microclima de forma parecida com as massas d’água. Ela absorve energia em forma de calor e a utiliza no processo de fotossíntese liberando energia em forma de oxigênio e gás-carbônico, renovando o ar atmosférico e produzindo vapor d’água, que umidifica o ar. Para Bustos Romero (2001), a presença de vegetação contribui para a criação de um microclima diferente de uma área não plantada. As principais diferenças estão relacionadas à temperatura, à velocidade dos ventos, à turbulência, à umidade do ar e à temperatura radiante. Essas alterações ocorrem pelos seguintes motivos: a vegetação tem menor capacidade calorífica e condutibilidade térmica que os materiais dos edifícios; a radiação solar é, em grande parte, absorvida pelas folhas, e a reflexão é pequena; nas áreas verdes a taxa de evaporação costuma ser mais alta; a vegetação reduz a velocidade do vento e as flutuações próximas ao solo. Ainda para a autora, como resultado da temperatura mais baixa, a radiação de ondas longas das folhas é mais lenta que a das outras superfícies do entorno, por isso as pessoas nessas áreas estão sujeitas a menor pressão do calor radiante. Resultante da evapotranspiração, o ar próximo do solo nas áreas verdes é mais frio que nas áreas construídas. De acordo com MASCARÓ (1996) a incidência do vento sob a arborização reduz as diferenças de temperatura e umidade entre as áreas sombreadas e ensolaradas, evidenciando assim o papel importante do sombreamento na caracterização do microclima urbano, e na melhora das condições ambientais adversas e do conforto humano. Neste sentido, a vegetação ajuda a atenuar condições extremas de frio ou de calor intenso. Segundo Bustos Romero (1988) a vegetação contribui para a criação de microclimas, começando pelo processo de fotossíntese que auxilia na umidificação do ar por meio do vapor d’água que libera, auxiliando no aumento da umidade relativa do ar. A radiação solar incidente na vegetação é absorvida, em sua maior parte, pelas folhas que têm um alto coeficiente de absorção para radiação solar. A existência de uma arma Figur supe Tant ruas radia Figur indes incid camada azenamento ra 1.7: Absor A cor da erfícies bran o detalhes . Árvores a ação direta ra 1.8: Veget Massas sejáveis ou ência do ve de veget o calorífico rção da vege as paredes ncas em gr especiais ao longo da (BUSTOS R tação e o ofu de árvore como direc ento sob a tação reco (BUSTOS R etação. Fonte dos edifíci randes área da fachada as calçadas ROMERO, uscamento. F es e arbus cionadores arborização obrindo o ROMERO, e: Adaptado os afeta a as podem c a como a v s reduzem o 2001) (figur Fonte: Adapt stos podem de tais ven o reduz as solo red 2001) (figur de Bustos R luz natural causar ofus vegetação p o reflexo e ra 1.8). tado de Bust m atuar co ntos. Segun diferenças duz consid ra 1.7). 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Fonte: Mascaró, (1976) Deve-se, no entanto, ter cuidado na escolha da localização e disposição de massas vegetais, para que não atrapalhem a circulação das brisas, que auxiliam na diminuição da temperatura no espaço urbano e até mesmo no interior das edificações. Para tanto, deve haver um planejamento antes do plantio, para que elas contribuam na promoção de microclimas mais amenos. 1.5. Conforto Térmico no Espaço Urbano O homem tem melhores condições de vida e saúde quando seu organismo pode funcionar sem ser submetido à fadiga ou estresse, inclusive térmico, de modo que o corpo experimenta sensação de conforto térmico quando perde para o ambiente o calor produzido pelo metabolismo compatível com sua atividade sem recorrer a nenhum mecanismo de termoregulação. 26 Quando as trocas de calor entre o corpo humano e o ambiente ocorrem sem maiores esforços, a sensação do indivíduo é de conforto térmico e sua capacidade de trabalho, desse ponto de vista, é máxima. Se as condições térmicas ambientais causam a sensação de frio ou calor é porque o organismo está perdendo mais calor ou menos calor que o necessário para manutenção da homeotemia, que passa a ser conseguida com um esforço adicional, representando uma sobrecarga, com queda do rendimento no trabalho, até o limite, sob condições de rigor excepcionais, perda total da capacidade para realização de trabalho e/ou problemas de saúde (FROTTA & SCHIFFER, 2001). Quando há ganho ou perda de calor, pode ocorrer uma tendência ao aumento ou à diminuição da temperatura interna do organismo (situada por volta dos 37°C), para isso, existem mecanismos chamados termorreguladores com a finalidade de manter constante a temperatura interna quando as condições térmicas do meio ultrapassam certas faixas (LAMBERTS et al, 1997). A sensação de conforto térmico é inversamente proporcional ao trabalho do sistema termorregulador, o que representa que quanto maior for o trabalho desse sistema para manter a temperatura interna do corpo, maior será o desconforto (RUAS & LABAKI, 1999). O homem utiliza dois mecanismos de regulação térmica para responder às exigências externas: um de caráter fisiológico (suor, variações de fluxo sanguíneo que percorre a pele, batidas cardíacas, dilatação dos vasos, contração dos músculos e arrepio) e outro de caráter comportamental (sono, prostração, redução da capacidade de trabalho) (BUSTOS ROMERO, 1988). No estabelecimento do seu equilíbrio térmico com o meio ocorrem diversos processos de trocas térmicas: troca por radiação, troca por condução, troca por convecção e troca por evaporação (figura 1.10). 27 Figura 1.10: Equilíbrio térmico humano. Fonte: Bustos Romero (1988) Os elementos climáticos, principalmente a temperatura, a radiação, a umidade e o movimento do ar, atuam sobre a percepção térmica do ser humano (BUSTOS ROMERO, 1988). Em relação às exigências humanas, as condições de conforto térmico são função da atividade desenvolvida pelo indivíduo, da sua vestimenta e das variáveis do ambiente que proporcionam as trocas de calor entre o corpo e o meio. Devem-se considerar também outras variáveis como gênero, idade, biótipo e hábitos alimentares (FROTTA e SCHIFFER 2001). Portanto, o efeito conjugado de uma série de variáveis ambientais aliadas a fatores pessoais definirão o grau de conforto ou desconforto térmico sentido. A atividade física é expressa em watts e quanto maior ela for, tanto maior será o calor gerado pelo metabolismo. Ao efetuar trabalho mecânico, os músculos se contraem produzindo calor, a quantidade de calor liberado pelo corpo será função da atividade desenvolvida, podendo chegar a um máximo de 1200 W, desde que por pouco tempo. O quadro 1.1 apresenta dados relativos ao calor dissipado pelo corpo, cedido ao ambiente, em função da atividade do indivíduo considerado médio sadio. 28 Quadro 1.1: Calor cedido ao ambiente (W), segundo a atividade desenvolvida pelo indivíduo Atividade Calor Metabólico Calor Sensível Calor Latente Durante o sono (basal) 80 40 40 Sentado (em repouso) 115 63 52 Em pé (em repouso) 120 63 57 Sentado, cosendo à mão 130 65 65 Escritório (atividade moderada) 140 65 75 Em pé (trabalho leve) 145 65 80 Datilografando Rápido 160 65 95 Lavando Pratos 175 65 110 Confeccionando Calçados 190 65 125 Andando 220 75 145 Trabalho leve (em bancada) 255 80 175 Garçom 290 95 195 Descendo escada 420 140 280 Serrando Madeira 520 175 345 Nadando 580 ______ ______ Subindo Escada 1280 ______ ______ Esforço Máximo 870 a 1400 ______ ______ Fonte: Mesquita (1977) apud Frota e Schiffer (2001). O vestuário constitui uma resistência natural entre o corpo humano e o seu meio, por isso, tem como função básica manter o corpo num estado térmico aceitável em vários ambientes. Segundo Frota & Schiffer (2001), a vestimenta representa uma barreira para as trocas de calor por convecção, por manter uma camada, mesmo que mínima, de ar parado, dificultando as trocas por convecção e radiação. A vestimenta adequada será função da temperatura média ambiente, do movimento do ar, do calor produzido pelo organismo, da umidade do ar e da atividade desenvolvida pelo organismo. As roupas ainda reduzem o ganho de calor relativo à radiação solar direta, as perdas em condições de baixo teor de umidade e o efeito refrigerador do suor. Há ainda a diminuição da sensibilidade do corpo às variáveis de temperatura e de velocidade do ar. Sua resistência térmica, que é medida por meio das trocas secas relativas do usuário, depende do tipo de tecido, da fibra e do ajuste ao corpo. Para 29 cada tipo de roupa existe um índice de resistência térmica, expresso em “clo”, do inglês clothing, equivalente a 0,155 m2°C/W (FROTTA & SCHIFFER, 2001). Quadro 1.2: Tipo de vestimenta e valor correspondente do clo. Vestimenta clo Vestimenta clo Meia calça 0,013 Saia grossa 0,219 Meia fina 0,032 Vestido leve 0,168 Meia grossa 0,039 Vestido grosso 0,632 Calcinha e sutiã 0,052 Blusa fina 0,168 Cueca 0,052 Blusa grossa 0,368 Cuecão longo 0,187 Jaqueta 0,490 Camiseta de baixo 0,058 Calça fina 0,258 Camiseta 0,090 Calça média 0,323 Camisa curta 0,200 Calça grossa 0,439 Camisa comprida 0,277 Sapatos 0,039 Camisa grossa curta 0,252 Fonte: Costa (2003). Do ponto de vista teórico, espera-se que as mulheres prefiram uma temperatura ligeiramente mais alta, devido a sua taxa metabólica por unidade de área sob condições basais ser mais baixa que a dos homens. Mas mesmo tendo sido observado em vários estudos diferenças abaixo de 10°C nas exigências de conforto térmico entre os sexos, para FANGER (1972), na prática isso não é importante. Geralmente os idosos preferem ambientes mais quentes que os jovens, devido ao seu metabolismo basal (produção de calor dos processos vegetativos e automáticos que são contínuos) diminuir ligeiramente com a idade. Além de a gordura subcutânea ser um excelente isolante térmico, a taxa metabólica para certas atividades que envolvem movimento costuma ser maior para os obesos, por isso eles tendem a preferir ambientes mais frios durante essas atividades. Os estudos de conforto térmico visam analisar e estabelecer as condições necessárias para a avaliação e concepção de um ambiente térmico adequado às atividades e ocupação humanas, bem como estabelecer métodos e princípios para 30 uma detalhada análise térmica de um ambiente. A importância do estudo de conforto térmico está baseada principalmente em três fatores (LAMBERTS & XAVIER, 2002): a) A satisfação do homem ou seu bem estar em se sentir termicamente confortável; b) A performance humana, embora os resultados de inúmeras investigações não sejam conclusivas a esse respeito. A despeito dessa inconclusividade, os estudos mostram uma clara tendência de que o desconforto causado por calor ou frio reduz o desempenho humano. As atividades intelectuais, manuais e perceptivas geralmente apresentam um melhor rendimento quando realizadas em conforto térmico. c) A conservação de energia, pois devido à crescente mecanização e industrialização da sociedade, as pessoas passam grande parte de suas vidas em ambientes com climas artificiais, ambientes condicionados, e assim sendo, uma vez conhecendo-se as condições e os parâmetros relativos ao conforto térmico dos ocupantes do ambiente, evitam-se desperdícios com calefação e refrigeração, muitas vezes desnecessários. Ainda de acordo com os autores, convém ressaltar que devido à variação biológica entre as pessoas, é impossível que todos os ocupantes do ambiente se sintam confortáveis termicamente, e assim busca-se criar condições de conforto para o grupo, ou seja, condições nas quais a maior percentagem do grupo esteja em conforto térmico. As condições climáticas no nível da rua têm muita importância para o pedestre, pois o conforto físico está diretamente ligado à sensação térmica, especialmente em países tropicais. Portanto, visando o projeto de ambientes urbanos confortáveis, faz-se necessário o estudo do conforto térmico e suas variáveis bem como da percepção térmica do usuário de ambientes externos. 1.5.1. Índices de Conforto térmico Segundo Givoni (1981), por ser impossível expressar as reações humanas ao ambiente térmico em função de um único fator, torna-se necessário avaliar o efeito combinado dos fatores (temperatura, umidade, temperatura radiante média e velocidade do ar) e expressá-los como um único parâmetro. Todas as variáveis são então combinadas no assim denominado Índice Térmico. 31 Os índices de conforto térmico procuram englobar num único parâmetro o efeito conjunto das variáveis ambientais e fatores pessoais que determinam as condições de conforto térmico. Geralmente esses índices são desenvolvidos fixando- se um tipo de atividade e a vestimenta utilizada pelo indivíduo para, então, relacionar as variáveis do ambiente e reunir as diversas condições ambientais que proporcionam respostas iguais por parte de pessoas diferentes. Para se fazer um estudo quantitativo da influência das condições térmicas de um ambiente sobre a percepção térmica do homem, é preciso medir as variáveis do ambiente, a reação humana diante destas variáveis e expressar a relação entre causa e efeito com o emprego de um único valor numérico. Seguindo estas diretrizes foram elaborados os índices ou escalas de conforto térmico (TOLEDO, 1973 apud BUSTOS ROMERO, 1988) No início do século XIX, na Europa, foram realizados os primeiros estudos relacionados aos índices térmicos, motivados pelos problemas de saúde sofridos por mineradores e trabalhadores da indústria têxtil, causados pela insalubridade das condições de trabalho. Durante a década de 70 houve uma grande quantidade de estudos e experimentos relacionando a interação entre o corpo humano e as condições ambientais. Estes estudos foram realizados principalmente por higienistas industriais, engenheiros de ar condicionados e engenheiros térmicos (mecânicos). Nos dias atuais, a avaliação de conforto térmico tem freqüentemente se baseado nos trabalhos de Fanger (1972), que estabeleceu o método do Voto Médio Estimado, adotado pelas normas internacionais (ISO 7730, 1994). Em seu estudo, Fanger (1972) elaborou uma equação determinada “equação de conforto”, que permite, por meio de uma determinada combinação das variáveis pessoais (tipo de atividade física e vestimenta) calcular todas as combinações das variáveis ambientais (temperatura radiante média, umidade relativa, velocidade relativa e temperatura do ar) que produzem o conforto térmico. Visando simplificar a equação de conforto, Fanger elaborou o Diagrama de Conforto, que reúne graficamente as combinações das variáveis ambientais (temperatura radiante média, temperatura, umidade e velocidade relativa do ar) e pessoais (tipo de vestimenta e atividade), que resultam em conforto térmico, permitindo se verificar a existência ou não do conforto térmico. 32 Com o objetivo de se conhecer o grau de desconforto experimentado pelas pessoas em ambientes com condições diferentes daquelas de conforto térmico, o autor definiu um critério para avaliar o grau de desconforto, relacionando as variáveis que influenciam no conforto térmico com uma escala de sensação térmica, o chamado Predicted Mean Vote (PMV) ou Voto médio Estimado (VME). O PMV consiste em um valor numérico que traduz a sensibilidade humana ao frio e ao calor A escala do voto médio é simétrica, representando o valor 0 (zero) como neutralidade térmica ou conforto térmico e variando de 1 a 3, sendo os valores positivos correspondentes às sensações de calor e os negativos às sensações de frio. Ruas & Labaki (1999) explicam que este índice parte do princípio de que a sensação térmica das pessoas está estritamente relacionada com o equilíbrio térmico do corpo humano, influenciado por variáveis pessoais (taxa de metabolismo e isolamento térmico da vestimenta) e por variáveis ambientais (temperatura radiante média, umidade relativa, temperatura e velocidade relativa do ar). A maioria das pesquisas sobre conforto térmico é desenvolvida em espaços internos, pois em ambientes externos o estudo do conforto e o desenvolvimento de índices térmicos torna-se mais complexo, uma vez que envolvem condições climáticas muito variadas. 1.5.1.1. Índices de Conforto Térmico para Ambientes Externos Ainda que a maior parte das pesquisas de conforto térmico seja desenvolvida para espaços fechados, há também relevante produção adaptada ou desenvolvida especificamente para espaços abertos. A consideração desses espaços implica fatores adicionais comumente não encontrados em ambientes internos - radiação solar, ventos, atividades físicas diferenciadas, possibilidade de taxas de suor significativas, entre outros - que tornam mais complexa a análise termofisiológica do ambiente. Para condições térmicas em espaços abertos alguns autores utilizam a Temperatura Fisiológica Equivalente (Physiological Equivalent Temperature - PET) que é um índice para cálculo do conforto térmico, adaptado às condições externas, que considera além da temperatura, da umidade e do vento, a temperatura radiante média e é baseado na equação de equilíbrio térmico humano em estado de uniformidade (LOIS & LABAKI, 2001). 33 Monteiro e Alucci (2007) apresentam uma revisão dos índices de conforto térmico em espaços externos. Nessa revisão pode ser verificado que os trabalhos empíricos de Temperatura Efetiva (ET), de Nova Temperatura Efetiva (ET*), e de Temperatura Resultante (RT), representam as primeiras tentativas para o estabelecimento de um índice genérico para predição de conforto por meio de uma escala de sensação térmica. O índice de taxa de suor previsto para quatro horas constitui-se numa tentativa de prever o estresse térmico em situações de trabalho mais extremas. Esses índices foram divulgados na forma de nomogramas para facilitar seu uso. Já a temperatura de globo e de bulbo úmido (WBGT) é até hoje utilizada devido à simplicidade de obtenção de dados. A norma internacional ISO 7243 (1989a) e a norma nacional NR 15 (BRASIL, 1978) são baseadas nesse trabalho. O índice de temperatura resfriada pelo vento (WCI), o índice equatorial de conforto (EC), e o Humidex, consideram de forma simplificada apenas algumas variáveis visando responder a determinadas situações específicas. O índice de estresse térmico por calor (HSI), e o índice de estresse térmico (ITS) são os primeiros índices embasados em modelos analíticos, que consideram separadamente os diversos processos de trocas térmicas. Contudo, para a determinação analítica das trocas, são empregadas equações experimentais. Já a nova temperatura efetiva padrão (SET*) é obtida também através de modelo analítico de balanço térmico, mas, neste caso, o cálculo das trocas é feito principalmente a partir de modelo teórico. Este índice apresenta modelagem de dois nós do corpo humano, considerando as trocas entre o core central e a região periférica do corpo e desta com o ambiente externo. Os valores desse índice são dados em temperatura equivalente de sensação térmica. O Modelo Climático de Michel (KMM), também é baseado em balanço térmico. Contudo, seu modelo é mais simples, de apenas um nó, considerando apenas as trocas entre o corpo como um todo e o ambiente externo, baseando-se nos trabalhos de Fanger (1970) e adaptando-o para situações externas. O índice utilizado neste modelo apresenta as mesmas escalas de valor de PMV e de PPD de Fanger. Os critérios para níveis de sudação em espaços externos da Expo de Sevilha são também estabelecidos a partir de modelo analítico teórico. Utiliza-se metodologia semelhante à da norma internacional ISO 7933 (1989b), mas adotam-se critérios que satisfaçam necessidades específicas. A Fórmula de Conforto (COMFA) é mais um modelo analítico de balanço térmico, constituído apenas por um nó e com escala de valores simplificada. A Temperatura Neutra Exterior (Tne) é uma abordagem diferenciada que foca experimentalmente a adaptação dos indivíduos a determinado clima. Essa abordagem é bastante recente nos estudos de espaços externos, mas já 34 está desenvolvida para espaços internos climatizados ou naturalmente ventilados (MONTEIRO E ALUCCI, 2007). De acordo com os mesmos autores, os estudos realizados ao longo do século XX demonstram que os índices empíricos apresentam respostas significativas, mas apenas às situações específicas em que foram determinados. As tentativas de se obterem repostas mais universais acabam convergindo para modelos analíticos, que trazem ainda a vantagem de possibilitar uma avaliação específica das diversas trocas térmicas operantes, facilitando a determinação das necessidades de intervenção nos ambientes externos. Há, por fim, ainda a abordagem adaptativa, que considera enfaticamente a adaptação ao clima. Por meio desses estudos, observa-se que índices empíricos respondem significativamente às situações específicas em que foram determinados. Quando há intenção de se obterem respostas universais, a tendência é a utilização de modelos analíticos. Com relação aos últimos dez anos de pesquisas, considerando o atual estado da arte, confirma-se essa tendência. Verifica-se o emprego de índices empíricos para situações específicas, o refinamento dos modelos analíticos e a tentativa da SIB em determinar um índice termoclimático universal. Os modelos de conforto térmico, adequadamente desenvolvidos, são um instrumento importante para o estudo das técnicas de controle do ambiente, uma vez que permitem a identificação daquelas variáveis que devem ser modificadas e/ou aproveitadas para se conseguir as condições de conforto desejadas (BUSTOS ROMERO, 1988). Estes índices de conforto térmico são, no entanto, de natureza estatística e, embora de fácil aplicação, dão apenas indicações de caráter geral. Os modelos de termoregulação que fazem a simulação computacional do sistema térmico Corpo Humano – Vestuário – Ambiente são um método que permite maior detalhe e informação no estudo de problemas de conforto térmico. 1.5.2. Estudos de Conforto Térmico em Espaços Externos Muitos estudos têm sido realizados com o objetivo de investigar como as características da morfologia urbana e as condições climáticas do espaço urbano influenciam na sensação de conforto térmico dos indivíduos nos espaços urbanos abertos. 35 Katzschner et al (2002) avaliaram como o comportamento das pessoas em espaços abertos, depende das condições de conforto térmico. A pesquisa foi aplicada em uma praça da cidade de Kassel, centro da Alemanha, e utilizou-se de medidas das condições climáticas, combinadas com entrevistas e observações do comportamento das pessoas, em espaços abertos. As condições de conforto térmico foram avaliadas através de um índice de conforto PMV (Predicted Mean Vote). O resultado mostrou que o comportamento e a percepção das pessoas são fortemente afetados pelo conforto térmico, mas não somente pela correlação com o PMV. As pessoas, nos espaços abertos, procuram lugares com diferentes características térmicas, de acordo com suas necessidades (lazer, relaxar, esperar pelo transporte público, entre outros). Nagara Shimoda e Mizuno (1996) realizaram uma pesquisa, na cidade de Osaka (Japão), com o objetivo de verificar a sensação térmica em espaços urbanos abertos. A pesquisa foi realizada, durante o período da tarde, aproximadamente às 15 horas, máxima diurna. O espaço urbano de pedestre foi escolhido para o estudo de caso, caracterizado pelas calçadas e ruas subterrâneas (estações de trem e shopping no subsolo). Foram realizadas rotas a pé e coletados dados de temperatura e umidade em diversos pontos. Paralelamente, foram aplicados questionários com o objetivo de detectar a sensação térmica dos usuários urbanos. Os resultados mostram que a sensação térmica dos entrevistados é influenciada pelo tempo de exposição ao sol, e a sensação térmica mais desconfortável concentra-se nas proximidades dos cruzamentos de vias. Givoni e Noguchi (2000) avaliaram a relação da sensação térmica e a sensação global de conforto em um parque na cidade de Yokohama, Japão. Foram coletados dados subjetivos e dados micro-climáticos de temperatura do ar, umidade, velocidade do ar, temperatura superficial do entorno e radiação solar. Foram aplicados questionários entre homens e mulheres, sob diferentes condições, durante alguns dias, em quatro estações do ano. A partir do levantamento dos dados, desenvolveu-se uma equação de predição da sensação de conforto do indivíduo em área externa. No Brasil, Borges e Labaki (2006), por meio de medições e entrevistas, estudam três espaços externos de Campinas, SP, comparando o índice PMV e as sensações e preferências dos usuários dessas áreas. Concluem que há diversidade térmica em relação às três áreas analisadas, indicando a existência de microclimas diferenciados e de variações de efeito psicológico nas sensações térmicas. Torres e Barbirato (2004) divulgam resultados de pesquisa realizada em três áreas externas de conjuntos habitacionais de Maceió. Foram levantadas variáveis ambientais e aplicados 36 sessenta questionários. As autoras indicam a área que apresentou melhores resultados, ressaltando o fato de que ela é a menos freqüentada, apontando para a problemática da falta de diversidade de atividades ofertadas. Além destes estudos citados, existem muitos outros realizados também em espaços abertos, de diferentes cidades, em diversas situações climáticas. Analisando- se os resultados de tais pesquisas, percebe-se que a sensação térmica de conforto do indivíduo em ambientes externos varia de acordo com uma série de parâmetros conjugados, como a temperatura do ar, a radiação solar, a umidade do ar, as condições dos ventos, a vestimenta do indivíduo, a atividade por ele realizada, suas características físicas e suas preferências pessoais. No Brasil este campo de pesquisa é crescente, no entanto, a maior parte dos trabalhados publicados tem focado as relações entre microclima e meio urbano (forma e materiais constituintes, incluindo-se a vegetação e corpos de água), poucos deles concentram-se na relação entre microclima e usuário, que é o objeto de estudo do presente trabalho, que procurará compreender de que forma a morfologia urbana da área estudada tem modificado o clima local e conseqüentemente influenciado a sensação térmica e a percepção de conforto do pedestre. O próximo capítulo expõe detalhadamente a metodologia empregada na realização desta pesquisa, os instrumentos utilizados para a coleta de dados e as técnicas aplicadas para a análise dos resultados obtidos. MATERIAIS E MÉTODOS 02 37 2. MATERIAIS E MÉTODOS Neste capítulo são detalhados os métodos, técnicas, materiais e instrumentação utilizados para o desenvolvimento desta pesquisa, que tem por objetivo estabelecer relações entre a configuração urbana de um bairro residencial na cidade de Bauru – SP, as temperaturas urbanas do local e o conforto térmico do pedestre. Dentre as várias metodologias adotadas para os estudos do ambiente construído, Moraes e Mont’Alvão (2003) destacam quatro fases na pesquisa ergonômica: a apreciação ergonômica com caráter exploratório de observação assistemática para mapeamento dos problemas e registros; a diagnose ergonômica, sistematizada com aplicação de questionários e escalas de avaliação com recomendações ergonômicas; a projetação ergonômica, que consiste na adaptação e intervenção ergonomizadora; e a validação ergonômica, que engloba as simulações. A metodologia da pesquisa aqui proposta engloba as duas primeiras etapas, que compreendem uma análise das questões ergonômicas. O procedimento metodológico baseou-se no aprofundamento da bibliografia existente e no conhecimento geográfico da cidade, como parte primeira e fundamental da pesquisa. Após tal fundamentação foi feita a delimitação e caracterização da área de estudo e a eleição dos pontos de medição. Foi então realizada a coleta de dados climáticos com medidas fixas e, no mesmo período, a aplicação de questionários aos pedestres. Os questionários têm o objetivo de analisar a sensação de conforto térmico e relacionar com as variáveis ambientais e o índice de conforto térmico. Em última fase os dados coletados foram correlacionados procurando-se relações entre os padrões das quadras e as temperaturas urbanas alcançadas e conseqüentemente a influência que estas exercem sobre o conforto térmico do usuário. A seguir serão descritos com maiores detalhes o processo metodológico adotado e a instrumentação utilizada na pesquisa de campo. 2.1. Roteiro Metodológico Os procedimentos metodológicos foram divididos nas seguintes etapas: � Etapa 01: Revisão Bibliográfica; � Etapa 02: Definição da área de estudo; 38 � Etapa 03: Observação do objeto de estudo; � Etapa 04: Classificação das Quadras; � Etapa 05: Eleição dos pontos para levantamento de dados; � Etapa 06: Observação sistemática