Aula de clima urbano, CECONS 3

1. ANÁLISE MICROCLIMÁTICA EM
LOCALIDADES DA REGIÃO
METROPOLITANA DE CURITIBA
estudo usando como pontos de referência
os Faróis do Saber
Pesquisa iniciada com uma Dissertação
de Mestrado Do Programa de Pós-
Graduação em Tecnologia (PPGTE),
UTFPR
Mestranda F. Rossi
PROFESSOR ORIENTADOR:
Prof. Eduardo L. Krüger
1

2. METODOLOGIA
 Análise geral do clima da região de
Curitiba: atualização do TRY;
 Monitoramento térmico (HOBO
dataloggers);
 Levantamento de Temperaturas e
umidade;
 Análise de uso e ocupação do solo;
 Análise da relação entre temperatura
local e padrão de uso e ocupação do solo;
 Análise de isotermas;
 Análise de condições de conforto;
 Análise de condições sinóticas.
2

3. Investigação do clima local: influências
do desenvolvimento urbano
Detalhe do sensor no Farol
Foto de um Farol do
Saber 3

4. Investigação do clima local: influências
do desenvolvimento urbano
Plantas dos Faróis com a orientação das fachadas e a posição do equipamento
4

5. Investigação do clima local: influências
do desenvolvimento urbano
Mapa com a localização dos
pontos segundo o
zoneamento e área de
influência
5

6. Investigação do clima local: influências
do desenvolvimento urbano
Farol do Saber Localização Zoneamento Influência
Rocha Pombo Portão ZR-3 ZR-4, SE, CONEC-3
Gonçalves Dias São Bras ZR-2 ZR-P, ZR-SF
Samuel Chamecki Cajuru ZR-3 ZR-2, SE-CB
João Guimarães Rosa Bairro Alto ZR-2 ZE-D
Farol das Cidades São Lourenço ZR-2 -
Jd. Pinheiro Sta. Felicidade ZR-2 Z-CON, ZR-P, ZR-SF
Castro Alves Fazendinha ZR-3 ZI, ZEHIS, CONEC-3
Aristides Vinholes Xaxim ZR-2 -
ZR-2, ZR-3, ZR-4, ZE-M, ZI,
José de Alencar Pinheirinho ZS-2
SEHIS, SE-LE, SE, SE-BR116
Frei Miguel Bottacin C. Industrial SEHIS ZS-1, ZI, ZUM, CONEC-2
Tom Jobim Santa Quitéria ZR-3 ZR-4, CONEC-4
Fernando A. de ZR-1, ZI, SE-PS, ZT-NC, SE-
Campo Comprido ZR-2
Miranda NC
Machado de Assis Mercês ZR-2 ZR-1, ZR-3
6
Antônio Machado Barreirinha ZR-2 ZR-1

7. Investigação do clima local: influências
do desenvolvimento urbano
16,00
14,00
12,00
10,00
Tmín [ºC]
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
dias
Bairro Alto São Lourenço Cajuru Fazendinha
7
Sta Felicidade São Bras Portão

8. Investigação do clima local: influências
do desenvolvimento urbano
Ao se analisar o clima urbano, nota-se que o uso e a ocupação do solo
influenciam de maneira considerável a variação da temperatura:
• Tomando-se o Bairro Alto como exemplo, onde se registrou elevada
temperatura ambiente, verifica-se tráfego intenso (principalmente
transporte coletivo), muita área pavimentada, pouca arborização e
ocupação intensa do entorno.
• Ao analisarmos a localidade com menor amplitude térmica e mais
baixas temperaturas registradas – Cajuru – e correlacionarmos a mesma
com parâmetros de uso e ocupação do solo, também confirmamos a
influência desses parâmetros no clima local, visto que esta região
apresenta muitas vias sem pavimentação e arborizadas, pouco tráfego e
a ocupação de baixa densidade.
8

9. RESULTADOS E ANÁLISE
Análise de uso e ocupação do solo
 Fotos aéreas (escala 1:8000);
 Imagens de CAD geradas a partir das fotos aéreas, geo-
referenciadas com o Arc-View GIS software;
 Classificação de padrões de uso do solo e quantificação de
cinco diferentes categorias: (1) áreas verdes, (2) área construída,
(3) área pavimentada, (4) área de água, (5) área livre;
 Escolha de três diferentes áreas de influência;
 Quantificação de padrões de uso do solo para cada área de
influência.
9

10. CLASSIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO PADRÕES DE USO
DO SOLO
10

11. CLASSIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO PADRÕES DE USO
DO SOLO
11

12. CLASSIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO PADRÕES DE USO
DO SOLO
Percentuais para 1km²
2002
Santa São
Bairro Alto Cajuru Fazendinha Portão São Brás
Felicidade Lourenço
Água 0,01 0,00 0,58 0,01 0,10 0,01 1,03
Construida 22,45 32,95 20,60 24,54 13,84 20,83 13,95
Livre 46,68 42,70 45,31 35,81 60,34 48,78 38,53
Pavimentada 25,80 22,91 26,02 30,96 13,82 15,74 15,33
Verde 5,07 1,44 7,49 8,69 11,90 14,64 31,16
2003
Campo Cidade Santa
Barreirinha Mercês Pinheirinho Xaxim
Comprido Industrial Quitéria
Água 0,00 0,09 0,00 0,09 0,00 0,01 0,52
Construida 22,24 22,07 38,17 19,84 26,69 27,88 26,29
Livre 38,24 37,21 24,19 44,57 6,73 39,13 38,24
Pavimentada 26,54 18,25 32,94 20,79 62,75 25,69 32,48
Verde 12,97 22,39 4,70 14,72 3,84 7,29 2,47
12

13. ANÁLISE DA RELAÇÃO ENTRE TEMPERATURA LOCAL E
PADRÃO DE USO E OCUPAÇÃO DO SOLO
70,00 0,00
60,00 -0,20
50,00 -0,40
percentuais
40,00 -0,60
Delta T's
30,00 -0,80
e
ad
u
id
ur
l ic
ha
20,00 j -1,00
Ca
Fe
in
xim
d
a
en
St
Xa
z
Fa
10,00 -1,20
0,00 -1,40
localidades
Área Água Área Construida Área Livre Área Pavimentada Área Verde Delta T
13

14. Análise de isotermas
14

15. CONCLUSÕES
A partir do realizado, pôde-se extrair as
seguintes considerações:
1- A quantidade de área livre e de área construída parece
determinante das diferenças de temperatura.
2- Também parece haver relação entre as maiores áreas
impermeabilizadas e as maiores temperaturas.
3- As localidades mais altas também tenderam a ter menores
temperaturas.
4- A quantidade de área livre parece estar relacionado à
obtenção de menores temperaturas.
5- As maiores temperaturas também se verificaram com
maior freqüência nas maiores áreas pavimentadas.
INCERTEZAS...
15

16. QUESTÕES
 Medições de temperatura do ar em área urbana
trazem complexidades (idiossincrasias do local
onde se mede –influências do entorno imediato)
 Qual o impacto dos diversos fatores ao redor
do sensor usado?
 Como isolar um único aspecto e avaliá-lo?
 Qual a altura ideal para medições?
16

17. EFEITO DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO EM
MODELO REDUZIDO DE UM ARRANJO
URBANO SOB CONDIÇÕES DESÉRTICAS
E.L. Krüger, (2) D. Pearlmutter, (2) P. Berliner ( 1
Programa de Pós-Graduação em Tecnologia, Departamento de ( 1 )
Construção Civil, Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)
- E-mail: ekruger@utfpr.edu.br
J. Blaustein Institute for Desert Research, Ben-Gurion University of ( 2 )
the Negev, Sede-Boqer Campus Israel
17

18. ROTEIRO DA APRESENTAÇÃO
• Objetivos
• Descrição do modelo em escala OASUS
• Condições climáticas locais
• Configurações, arranjo experimental e monitoramento realizado
• Comparações entre predições (modelo semi-empírico) e dados
medidos de temperatura no cânion
• Efeito da exposição solar e aos ventos nas temperaturas no
cânion e nas taxas de evaporação
• Conclusões
18

19. OBJETIVOS
Objetivo geral: projeto de pós-doutorado, realizado junto ao Department
of Man in the Desert, Ben-Gurion University of the Negev, Israel.
Finalidade de analisar os efeitos de alterações da configuração
urbana no consumo de energia para condicionamento térmico de
. edificações
Objetivos secundários:
• Comparação de diferentes modelos numéricos de predição de
temperatura do ar em cânions urbanos a partir de geometrias e
orientações variáveis
• Análise do efeito da adição de água a um modelo físico de um
arranjo urbano - OASUS (Open-Air Scaled Urban Surface)
19

20. Descrição do modelo em escala
OASUS
O modelo em escala de uma superfície urbana, em escala 1:15, denominado Open-Air
Scaled Urban Surface – OASUS, foi elaborado de modo a ampliar a possibilidade de
análise de situações diversas encontráveis em um arranjo urbano, consistindo de uma
série de fileiras de blocos vazados de concreto de 0.2×0.2×0.4m de características
termofísicas análogas às de materiais encontrados em construções da região do
Negev. O sítio experimental está localizado em um local árido, Sede Boqer, Campus
. da Universidade de Ben-Gurion, Deserto do Negev, em Israel
OASUS - Scale-model of an urban array (photo
)taken by the author in December 2004
20

21. Condições climáticas em Sede
Boqer, Negev Desert
Sede Boqer (latitude 30.8ºN)
situa-se na região alta do deserto
do Negev, aproximadamente a
480 m acima do nível do mar. O
clima é caracterizado por grande
variação térmica diária e sazonal,
ar seco e céu claro com radiação
solar intensa. No verão, a média
das temperaturas máximas situa-
se em torno de 32ºC com média
diária de 17°C. A radiação global
tem um valor médio diário de
7.7kWh/m² em junho e julho. O
vento dominante no verão vem
constantemente do noroeste e
torna-se mais forte ao final da
tarde e nas primeiras horas da
noite
21

22. Configurações, arranjo
experimental e monitoramento
realizado
Objetivo: Análise do efeito da adição de água ao modelo
OASUS - experimentos anteriores limitaram-se ao balanço
energético de um pedestre em um cânion urbano e ao
balanço energético acima da malha urbana (SEB) com
trocas de calor latente desprezíveis, considerando-se o
clima desértico e a inexistência de fontes de água no
modelo. Na presente etapa, procurou-se inserir
quantidades significativas de superfícies molhadas no
modelo (painéis evaporativos com 2.0 m × 0.10 m, com 3
cm de profundidade), de modo a se melhor poder avaliar o
..fenômeno da evaporação entre cânions do modelo
Monitoramento: pequenos painéis evaporativos foram
montados para pesagem por meio de uma balança digital,
de forma a se estimar a quantidade de água evaporada em
determinadas fileiras. Acima do modelo em escala, um
anemômetro sônico, fixado ao mastro, registrou a
temperatura do ar. Em um dos cânions, Em uma das
fileiras repetidas, posicionou-se um termopar para medição
.da temperatura do ar, acoplado a uma estação Campbell
22

23. Configurações, arranjo
experimental e monitoramento
realizado
CONFIGURAÇÕES: De forma a se considerar diversas condições de área molhada no
modelo em escala, os painéis foram adicionados em etapas, para o arranjo com as fileiras
com altura correspondente a um bloco e a dois blocos de concreto (um andar e dois
:andares, respectivamente). Os diferentes modos analisados foram os seguintes
a) modo seco 1: 2 andares sem área molhada
b) modo molhado 1: 2 andares com painéis dispostos junto às
(paredes voltadas para o noroeste (vento dominante
c) modo molhado 2: 2 andares com painéis dispostos junto às duas
paredes dos cânions
d) modo molhado 3: 1 andar com painéis dispostos junto às duas
paredes dos cânions
e) modo molhado 4: 1 andar com painéis dispostos junto às
(paredes voltadas para o noroeste (vento dominante
f) modo seco 2: 1 andar sem área molhada
23

24. Comparações entre predições e dados medidos
de temperatura no cânion
Modelo semi-empírico: A partir de experimentos realizados anteriormente no modelo
OASUS, a correlação entre a progressão diurna das temperaturas do ar acima da malha
(TA) e aquelas medidas em um cânion (Ta) foi analisada, verificando-se a existência de
uma função “loop”.
36 Loop model
∂TA
Ta = a1TA + a2 + a3
∂t
40
32
2
R = 0.9984
35 Equação 1
28
AT~2.0
30
24 AT~2.0
25
20 20
Exemplo de aplicação de
uma função loop a duas
15
16
16 20 24 28 32 36 15 20 25 30 35 40
séries de dados
MET* (temperaturas em graus
MET
(centígrados
24

25. Comparações entre predições e dados medidos
de temperatura no cânion
Uma comparação foi feita entre temperaturas do ar medidas nos diversos modos e aquelas preditas
pelo modelo semi-empírico, sob duas condições de altura. Os coeficientes adotados na equação 1,
obtidos numa etapa anterior, correspondem às duas situações “secas” (modos seco 1 e seco 2). A
não correspondência entre dados preditos e medidos reflete o potencial de resfriamento da
.adição de áreas molhadas no cânion
45 molhado 3 molhado 4
molhado 2
40 seco 1 molhado 1
seco 2
35
T (ºC)
30
25
20
15
medido predito referência
25

26. Comparações entre predições e dados medidos
de temperatura no cânion
Conforme esperado, em ambos os modos secos a temperatura predita está em concordância com os
dados medidos. Nos modos molhados, no entanto, quando o efeito da evaporação da água atua no
resfriamento do ar, os dados medidos são significativamente inferiores aos resultados das predições.
O efeito mais significativo de reduções térmicas deu-se nos modos molhados 2 e 3, chegando a 3ºC
ao meio-dia. Nestas duas situações, os painéis evaporativos chegam a 1/3 da área da superfície
entre os blocos. Quando essa área se reduz a 1/6, a redução máxima se limita a 1 a 2ºC. Tais
reduções são devidas ao fato de parte dos ganhos radiantes no cânion ser dissipada por
. evaporação
2
Modo R Erro
Seco 1 0.98 0.46
Molhado 1 0.96 0.68
Molhado 2 0.98 2.49
Molhado 3 0.98 3.19
Molhado 4 0.96 1.67
Seco 2 0.98 0.41
26

27. Efeito da exposição solar e aos ventos nas
temperaturas no cânion e nas taxas de
evaporação
A adoção dos painéis de controle para pesagem da quantidade de água evaporada ao longo do dia e
de um dia para o outro nos fornece uma informação da taxa evaporativa segundo o posicionamento
do painel no cânion e também quanto ao efeito resultante da rugosidade da malha urbana. A
quantidade total de água evaporada nos dias escolhidos para a pesagem horária sofreu pouca
variação, situando-se em torno de 10-12mm/dia. No entanto, observou-se o efeito significativo da
. exposição dos painéis em determinadas horas do dia, influenciando até mesmo seus totais diários
12.00
14.00 14.00
12.00
12.00
10.00 barlavento 12.00
10.00
barlavento barlavento
fila a (protegida) barlavento
10.00 fila a 10.00 fila a
fila a (protegida)
8.00 fila a (exposta) 8.00
fila b fila b
fila a (exposta)
8.00 8.00
h (mm)
fila b (protegida)
h (mm)
h (mm)
6.00 fila c 6.00 fila c
fila b (protegida)
6.00 fila b (exposta) 6.00
fila d fila d
fila b (exposta)
4.00 fila c (protegida)
4.00 .. .. fila e 4.00
4.00 .. fila e
fila c (protegida)
fila c (exposta)
sotavento sotavento
fila c (exposta)
2.00 2.00
2.00 2.00
0.00
0.00 0.00
7:00 AM
1:00 PM
3:00 PM
5:00 PM
7:00 PM
11:00 AM
7:00 AM
9:00 AM
1:00 PM
3:00 PM
5:00 PM
7:00 PM
9:00 AM
11:00 AM
1:00 PM
3:00 PM
7:00 AM
9:00 AM
5:00 PM
7:00 PM
11:00 AM
7:00 AM
5:00 PM
7:00 PM
9:00 AM
1:00 PM
3:00 PM
11:00 AM
Modo molhado 1
3 Modo molhado 4
2
27

28. CONCLUSÕES
Os resultados indicaram que há uma redução expressiva da temperatura do ar no
cânion, na presença de painéis evaporativos em ambos os lados das fileiras. Essa
redução é mais significativa no arranjo urbano com um bloco de altura. Entretanto,
dado que essa redução da temperatura local é obtida por meio da adição de água
numa região desértica, a verificação da quantidade de água evaporada nos indica
que uma utilização mais racional de áreas vegetadas (dependentes de sistemas de
.irrigação) poderia ocorrer juntamente com uma maior densificação da malha urbana
.AGRADECIMENTOS: À CAPES pela bolsa pós-doutoral
28