O envelope solar como instrumento de regulamentação do direito de acesso ao Sol:

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1 O envelope solar como instrumento de regulamentação do direito de acesso ao Sol: estudo de casos na cidade de Campinas SP, Brasil Denis Pérez, Édison Fávero. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas, Av. Albert Einstein, 951, Caixa Postal 6021, CEP , Campinas, SP, Brasil. denis@denisperez.com.br e favero@fec.unicamp.br Autor para correspondência: denis@denisperez.com.br Palavras chave: envelope solar, legislação urbanística, insolação, direito ao Sol. Título Resumido: Envelope solar e acesso ao Sol. RESUMO. Este artigo apresenta um estudo que investiga formas de regulamentação de acesso ao Sol nos processos de planejamento urbano e projeto do edifício, e visa propor subsídios para a reformulação e adequação, ou criação de novas legislações. Os envelopes solares, construídos com o auxílio de ferramentas CAD e de outros comandos de insolação, serviram de base para a obtenção de dados para as análises das relações entre os índices urbanísticos com as características físicas dos terrenos, edifícios, vizinhança, densidades, insolação e sombreamento. Assim, foram escolhidos quatro locais na cidade de Campinas SP, para examinar a influência da legislação nos terrenos, edificações e entorno. Os resultados obtidos indicam que, com a aplicação do envelope solar e a introdução do seu conceito nas legislações urbanísticas é possível permitir às edificações a garantia do direito de acesso ao Sol. ABSTRACT. This paper presents a study that investigates forms of regulation of access to the sun in the processes of urban planning and project of the building, and aims at the proposal of subsidies for the reformularization and adequacy, or creation of new legislations. The 1

2 solar envelopes constructed with the aid of CAD tools and other commands of insolation, had served as basis for the attainment of data and analyses of the relations between the urbanistic indexes and the physical characteristics of lands, buildings, neighborhood, densities, insolation and shadowing. Then, were chosen four sites in Campinas City SP, to examine the influence of the legislation on the lots, buildings and environment. The results obtained show that the application of solar envelopes and the introduction of their concepts in the urbanistic legislation will be able to allow the buildings the guaranty of solar access right. 1. INTRODUÇÃO. As cidades têm crescido desordenadamente, causando muitos problemas urbanos e ambientais - sem planejamento e legislação adequada que disciplinem corretamente esse desenvolvimento. A Arquitetura Bioclimática, junto ao Direito Urbanístico, constitui mecanismos à disposição para serem usados como garantia de um desenvolvimento sustentável e de melhor qualidade de vida. Assegurar que a insolação e a iluminação natural estejam presentes nas fachadas das edificações e entre elas, proporcionando boas condições, tanto internas quanto externas; assegurar insolação e luz natural onde elas são desejáveis, em partes dos edifícios ou em determinadas áreas do seu entorno, são objetivos a serem cumpridos no planejamento para insolação e iluminação natural (ROBBINS, 1986 descrito por ASSIS, 2000). Com a aprovação do Estatuto da Cidade - Lei Federal 10257/2001, os municípios com mais de habitantes e os pertencentes a Regiões Metropolitanas foram obrigados a elaborar o seu Plano Diretor, instrumento básico da política de desenvolvimento e expansão urbana. Porém, dos 5561 municípios no país, 1389 têm mais de habitantes e a maioria, ou seja, 4172, não tem a obrigação de o fazer (IBAM, 2001). As grandes cidades apresentam um centro consolidado, muito verticalizado e com altas 2

3 densidades, tendo ao seu redor bairros de características horizontais, os quais sofrem pressões para o adensamento e mudanças de uso. O envelope solar forma um volume imaginário sobre o terreno dentro do qual o edifício deve ficar inserido para não projetar sombras indesejáveis sobre os vizinhos, e permite acesso ao sol e à iluminação natural. Além da latitude local, o contexto urbano influencia o tamanho, a forma e a polaridade do envelope solar, importantes para as questões de conversão de energia solar por meios passivos e ativos, pois implica a mudança de orientação das maiores superfícies de fachada e cobertura da edificação Acesso ao sol. A tendência ao adensamento e à verticalização dos grandes centros urbanos acaba por comprometer o acesso das edificações ao sol e à luz, com sérias conseqüências quanto a aspectos sanitários e de habitabilidade dos ambientes interiores (ASSIS, 2000). O baixo aproveitamento da energia solar, em sistemas passivos e ativos, tem resultado na freqüente necessidade de usar climatização e iluminação artificiais durante todo o ano. O conceito de acesso solar pode ser definido pela variação da trajetória diária e sazonal do sol em sua relação com a terra. Nada é tão certo e consistente como o movimento do sol através do céu. O que não é certo é se a futura construção em propriedade vizinha obstruirá o sol (LECHNER, 1990). É possível projetar para obter o acesso solar com muita exatidão, se os vizinhos estiverem suficientemente distantes, ou se houver limitações ao que pode ser construído, e já que a energia solar é uma fonte eterna e gratuita, torna-se necessário proteger o seu acesso Antecedentes. Antigas civilizações, como a grega, a romana, outras no continente asiático, e na América pré-colombiana, tinham o sol como referencial para as suas atividades religiosas. Conheciam todos os seus movimentos, os diários e os sazonais, e adaptaram 3

4 os seus abrigos e costumes, projetando as edificações e os seus traçados urbanos em função destes movimentos, em busca do conforto térmico. Esses povos, para garantir este conforto, privativo e comum, por meio de acordos entre seus habitantes, estabeleceram as primeiras legislações de proteção ao acesso solar. Durante séculos as cidades cresceram sem contemplar os ganhos térmicos que poderiam ser obtidos com o sol, sem planejamento coerente e sem traçados urbanos adequados, o que gerou, com a chegada da Revolução Industrial, cidades caóticas. Com a publicação da Carta de Atenas, em 1933, o planejamento urbano passa a tratar novamente as questões relativas à insolação nos edifícios e com a crise do petróleo em 1973, houve a tentativa de conscientizar as pessoas para a arquitetura bioclimática, e agora, a sustentabilidade vem sendo utilizada como suporte para que questões como a insolação, venham a ser consideradas nas edificações e nos espaços urbanos, para melhor aproveitar a energia solar e para procurar garantir o direito ao Sol. A legislação, no Brasil, pouco cuidou da insolação e foi omissa no direito de acesso ao sol e sempre tratou com descaso o aproveitamento da energia solar no disciplinamento dos projetos dos edifícios e das cidades. Alguns poucos municípios, e só nos últimos dois anos, estão aprovando leis para o aproveitamento da energia solar no aquecimento da água O envelope solar. O envelope solar é uma alternativa de estratégia para o desenvolvimento de projetos para edificações que possam receber uma boa insolação e iluminação natural; é definido como o maior volume que uma edificação pode ocupar no terreno de forma a permitir o acesso ao sol e luz natural da vizinhança imediata (KNOWLES & BERRY, 1980, apud ASSIS, 2000). O tamanho e a forma dos envelopes solares variam com o tamanho do local, a orientação e a latitude, o tempo de acesso solar desejado e a quantidade de 4

5 sombra permitida em ruas e edifícios adjacentes. Knowles (2003) acrescenta que o envelope solar é uma forma de assegurar o acesso solar urbano para ambos, a energia e a qualidade de vida regulando o desenvolvimento dentro de limites imaginários derivados da trajetória aparente do sol Geração e aplicações do envelope solar. O envelope solar pode ser gerado, pelo processo de aplicação dos ângulos de altura solar nos cantos das divisas do lote ou área, determinando o volume do envelope pelo cruzamento diagonal dos ângulos sobre o terreno (Knowles e Berry, 1980). Shaviv e Capeluto (2001) definem o Envelope de Direito Solar - SER que apresenta as alturas máximas de edifícios que não violam o direito ao sol de nenhum dos edifícios existentes durante um período do ano, e o Envelope Solar Coletor - SCE - que apresenta a superfície mais baixa possível para colocar os coletores solares no edifício em consideração, de modo que estes não sejam sombreados pelos edifícios vizinhos. Usando estes envelopes, pode-se determinar a geometria preferida e a orientação das calçadas, espaços abertos e a configuração dos edifícios, de forma a assegurar sua exposição ao sol de inverno e conseguir a proteção adequada do sol de verão. No Brasil, Pereira e Nome Silva (1997) lançam uma proposta sistemática do uso do envelope solar em planejamento urbano como forma de controle de ocupação do solo urbano em função da insolação. Cruzam informações de um envelope solar com o plano diretor e outras condicionantes da cidade, para possibilitar a sua aplicação em distintas situações urbanas. Grazziotin et al. (2002) relacionam o envelope solar e suas aplicações no planejamento urbano, desenvolvendo técnicas na simulação de ambientes urbanos, considerando o acesso solar. Foi apresentado o CITYZOOM como um sistema que integra diversas ferramentas de desempenho, e permite a simulação de diferentes atributos relacionados a uma cidade existente ou planejada. 5

6 2. METODOLOGIA: Este trabalho foi desenvolvido na cidade de Campinas, no estado de São Paulo, com a finalidade de verificar a influência da legislação de uso e ocupação do solo e legislações complementares nos terrenos, edificações e entorno. Foi feito um levantamento das leis e destacadas algumas que ajudaram na consideração de suas relações com as volumetrias, densidades e outros índices urbanísticos. Foram projetados os envelopes solares sobre os terrenos escolhidos e suas construções a fim de analisar estas relações Legislação Municipal. As cidades do Estado de São Paulo, para a insolação e arejamento dos compartimentos nos edifícios, adotam o Decreto Estadual nº de 27/09/78 - Código Sanitário do Estado, outras cidades adotam normas locais para legislar sobre o assunto. Os Códigos de Obras de São Paulo - Lei 11228/92 e de Campinas - LC 09/03, classificam os compartimentos em grupos, determinando seu dimensionamento, aeração e insolação por meio de quadros nos quais constam proporções das aberturas. As leis de parcelamento do solo, federal e municipal, bem como a Lei de Uso e Ocupação do Solo do Município de Campinas são omissas com relação às determinantes climáticas. As principais leis em Campinas são: o Plano Diretor de Campinas - LC15/06, Uso e Ocupação do Solo - Lei 6031/88, Código de Obras - LC 09/03, Parcelamento do Solo Urbano - Lei 1933/59 e Área de Proteção Ambiental - Lei 10850/ Descrição das áreas. Foram escolhidas três macrozonas, que acreditamos, ter sido suficiente para alcançar os objetivos desta pesquisa: a Macrozona 1, Joaquim Egídio, zona 04 APA (figura 1); a Macrozona 3, Barão Geraldo, zona R-3BG (figura 2) e a Macrozona 4: Taquaral, zona 3 (figura 3) e Cambuí, zona 7 (figura 4). São três regiões distintas, com características territoriais próprias, diferentes níveis sociais e econômicos, com diferentes zoneamentos 6

7 e de restrições à ocupação e uso do solo. As intervenções foram realizadas, antes e depois da lei 6031/88 LUOS. A implantação dos condomínios, com suas unidades projetadas e índices urbanísticos serviram de dados para efetuar as análises e comparações, que junto com os envelopes solares, permitiram avaliar as relações entre estes, terrenos, construções, ruas, vizinhança e legislações. Figura 1. J. Egídio. Fonte: Google Figura 2. Barão Geraldo. Fonte Google Figura 3. Taquaral. Fonte: Google Figura 4. Cambuí. Fonte: Google Construção dos envelopes solares. A construção dos envelopes solares foi realizada no ambiente do 3ds max8 e comando de insolação sunlight para verificação da latitude, longitude, dia, mês, hora, azimutes e ângulo de altura solar. Foram analisadas as posições críticas, nos dias 21 de junho, solstício de inverno. Nos horários entre 9:00 e 15:00 h para as disposições residenciais horizontais, Joaquim Egídio e Taquaral; e das 10:00 às 14:00 h para Barão Geraldo, alternativa em EHIS Empreendimentos Habitacionais de Interesse Social; e das 11:00 7

8 às 13:00 h, para as disposições verticais, nos quatro condomínios no Cambuí (Edifício Águas Marinhas, Edifício Huari, Edifício Carla Cristina e Edifício Marco Polo). O tempo de insolação foi adotado, pelos critérios de necessidade de insolação e em função da salubridade. As questões relativas ao aquecimento de água por coletores solares e transformação de energia por células fotovoltaicas não foram tratados neste trabalho. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO. A utilização do software Autodesk 3ds max8 permitiu a visão das imagens nas áreas escolhidas, com as construções e respectivas sombras; possibilitou a averiguação das condições de insolação nas fachadas das edificações e entre elas; e, ainda, verificar, com a construção dos envelopes solares, se a legislação está apropriada ou não aos terrenos, às edificações e à vizinhança. As tabelas abaixo mostram alguns dados: Empreend. Terreno m² Ocup (1) Aprov. (1) Livre % Constr. m² 01 J. Egídio Barão Geraldo Taquaral Cambuí Ág. Marinhas Huari Carla Cristina Marco Polo Tabela 1. Parâmetros Urbanísticos. Fonte: os autores. Empreend. Un Terreno m² habit/ha unid/ha m²/ha Const m² 01 J. Egídio B. Geraldo Taquaral Cambuí Ág. Marinhas Huari Carla Cristina Marco Polo Tabela 2. Densidades. Fonte: os autores. 8

9 3.1. Área de estudo I. Joaquim Egídio. Figura 5. Implantação. Figura 6. Vista em 3D. 21 de junho, 9:00 h. Figura 7. Corte esquemático. Os envelopes solares foram construídos sobre cada área privativa de terreno. As faces das edificações orientadas para o leste estão totalmente insoladas. Os envelopes apresentam grande volumetria em relação às edificações; há bastante flexibilidade para posicionar as casas e as árvores. Pode-se, ainda, adensar mais, porém, a legislação não o permite. Como as casas só podem ter dois pavimentos, e a distância entre as edificações é de um mínimo de 4.00 m, o acesso ao sol em todas as residências é garantido. A tabela 1 apresenta a implantação das 20 residências com fração ideal de terreno de m² por unidade e a tabela 2, índices de urbanização muito baixos. A implantação do condomínio residencial multifamiliar HMH-4 (LUOS), na APA, oferece espaços generosos, que se assentam amigavelmente no local, com baixas densidades, mantendo a horizontalidade da cidade em evidência, com a valorização do solo e boa qualidade de vida. Constata-se de que a legislação intervém diretamente, com o projeto do edifício e o planejamento do lugar, na ocupação e no uso do solo. 9

10 Área de estudo II. Barão Geraldo. Os envelopes solares foram construídos sobre dois terrenos privativos, contendo um edifício com duas casas geminadas. A base dos envelopes foi levantada 1.0 m acima do terreno. Os períodos de análise foram feitos em intervalos menores (das 10:00 às 14:00 h), por considerarmos as residências muito próximas e com pequenas dimensões. Figura 8. Implantação com envelopes. Figura 9. Vista 3D, 21 de junho, 14:00 h. A orientação das edificações, pela colocação da via interna no meio do terreno, prejudicou a insolação nas fachadas. Verificou-se pela Tabela 1, que a taxa de ocupação e o coeficiente de aproveitamento estão dentro das taxas admitidas para a zona 3BG. A lei de EHIS é omissa nas questões de insolação deixando para o projetista a sua solução. Verifica-se que as residências implantadas na parte inferior extrapolam os limites do envelope, e as sombras, invadem o terreno vizinho; a fileira de casas na parte superior não extrapola os limites do envelope e as sombras não atingem o vizinho ao norte, nem os vizinhos do condomínio. Pode-se deduzir que, se a fileira de casas da parte inferior fosse colocada para dentro dos limites do envelope solar, estaria atendendo ao direito de acesso ao sol do vizinho. Poderia ser aumentado o coeficiente de aproveitamento, ampliando os pavimentos das casas ao norte e rever os recuos e afastamentos Área de estudo III. Parque Taquaral. Com frações ideais de terreno pequenas e áreas privativas da ordem de m² e m de frente, as superfícies base dos envelopes solares, foram acrescidas a essas 10

11 distâncias, 1.50 m em cada lateral e 8.50 m da via interna. Os envelopes solares foram analisados de duas formas: uma que atende a esta divisão - envelopes por unidade residencial - e a segunda, que considera o envelope para agrupamento de unidades. Figura 10. Implantação. Figutra 11. Vista em 3D, 21 de junho, 9:00 h. Constata-se que, para o primeiro caso, os envelopes solares ficam menores do que as edificações. Como os ângulos de altura solar são baixos demais, acabam por não admitir uma altura para a cumeeira do envelope solar, capaz de abrigar as edificações. Figura 12. Implantação. Figura 13. Vista em 3D, 21 de junho, 9:00 h. Optando pela construção dos envelopes solares sobre agrupamento de casas contíguas, separadas por corredores para onde se abrem janelas de ventilação, obtém-se um resultado melhor, como mostram as figuras 12 e 13. Deduz-se que os envelopes solares 11

12 mostram-se inadequados para terrenos pequenos, e sendo construídos sobre fileiras de residências, apresentam-se melhor; as edificações visualizam-se bem colocadas, havendo folgas nos volumes, o que sugere ser possível uma otimização, aumentando o índice de aproveitamento. A LUOS permite o coeficiente 1,0 para lotes que possuem toda infra-estrutura e poderia permitir mais um pavimento, alcançando um aproveitamento melhor, mantendo a mesma taxa de ocupação e área livre. A densidade demográfica poderia ser aumentada, ampliando o número de unidades Área de estudo IV. Cambuí. O bairro do Cambuí, contíguo ao Centro de Campinas, era constituído por chácaras e casarões, até a publicação da Lei 1933/59, quando foi iniciada a verticalização; na década de 80, esta verticalização foi acentuada, por pressões do mercado imobiliário, valorizando o solo urbano. A lei 6031/88, na tentativa de controlar esse desenvolvimento, reduziu o índice de aproveitamento de 4 para 3, assim mesmo, a lei mostrou imperfeições. Figura 14. Implantação, 11:00 h. Figura 15. Implantação, 13:00 h. As análises dos quatro edifícios no bairro Cambuí foram realizadas para um horário de insolação das 11:00 às 13:00 h. Os resultados obtidos indicam a gravidade do problema, pelas sombras projetadas como são apresentadas nas figuras 14 e 15. Cada edifício foi projetado de acordo com a legislação vigente, e para cada um foram resolvidas as suas 12

13 questões de insolação de forma isolada, sem pensar na vizinhança. No período da manhã, os edifícios Águas Marinhas e Huari, não são atingidos por sombras de outros edifícios, mas eles provocam sombras sobre seus confrontantes e vizinhança. O edifício Huari, por estar localizado frente a uma pequena praça, teve o seu gabarito aumentado. No período da tarde, os edifícios Carla Cristina e Marco Polo, não são atingidos pelas sombras dos edifícios do lado oposto da rua, mas, lançam suas sombras sobre o centro do quarteirão, atingindo também a vizinhança. As figuras 16 e 17 mostram os envelopes solares construídos sobre cada terreno e suas edificações, se apresentam baixos, com os edifícios ultrapassando os limites de suas volumetrias. A altura dos edifícios permitida pela legislação e os coeficientes de aproveitamento de 4 e 3, assim como o gabarito não está em concordância com os envelopes solares. Fica claro, que as leis não têm sido adequadas, pois não contemplam a insolação e sombreamento entre edifícios. Figura 16. Envelopes e edifícios, 11:00 h. Figura 17. Envelopes e edifícios, 13:00 h. Verifica-se que os empreendimentos horizontais de até dois ou três pavimentos, aparentam estar bem resolvidos pela legislação e que, com poucos ajustes, poderiam ser otimizados, aumentando as densidades com aproveitamento da infra-estrutura, sem provocar maiores custos e grandes impactos urbanísticos e ambientais, com garantia de insolação, de iluminação natural e ventilação natural, preservando o direito de acesso ao sol. Já os quatro empreendimentos no Cambuí apresentaram-se incompatíveis com os 13

14 envelopes solares, pois as suas alturas extrapolam os limites destes e mostraram que, para os lotes, onde é permitida a verticalização, com coeficientes de aproveitamento acima de 1, os parâmetros para a construção de edifícios devem ser melhor estudados pela legislação. As administrações municipais, podem deter, com a construção de envelopes solares, o controle das densidades, alturas e recuos das edificações e de seus afastamentos com os edifícios vizinhos, das taxas de ocupação, áreas livres, largura de ruas, calçadas, espaços públicos etc. 4. CONCLUSÕES. Conclui-se, pois, que para os empreendimentos horizontais, as leis urbanísticas correspondem adequadamente, e ainda existem folgas na sua aplicação. Porém, não só para os edifícios altos no bairro do Cambuí, mas para outras partes da cidade, de urbanização consolidada, percebe-se que a legislação permite alturas que provocam sombreamentos, que não garantem os direitos de acesso ao sol. Constatou-se, que a morfologia urbana atual é resultado da acumulação de edificações que ignoraram as vantagens da boa orientação, negligenciando totalmente as conseqüências energéticas do projeto urbano e arquitetural. Se, para a concepção dos loteamentos, forem tomadas diretrizes climáticas, certamente será iniciado o planejamento para um crescimento urbano organizado e sustentável. O correto parcelamento do solo, com a adequada orientação das ruas, e dimensionamento das quadras e lotes garantirá o acesso ao sol a todas as edificações, e facilitará o projeto para sistemas passivos de energia. As cidades com menos de habitantes, excluídas da obrigatoriedade de elaborar o seu Plano Diretor, sem recursos financeiros, sem um quadro qualificado de funcionários, nem legislação específica, poderão adotar estes conceitos para resolver de forma simples e muito clara, as questões com o seu desenvolvimento urbano; e os bairros ao redor dos centros das grandes cidades também poderão ter o seu desenvolvimento urbano 14

15 controlado, e serem beneficiados com leis de uso e ocupação do solo adequadas, com políticas de zoneamento coerentes, justas, e sem segregação social. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS - ASSIS, Eleonora S. Impactos da forma urbana na mudança climática: método para previsão do comportamento térmico e melhoria de desempenho do ambiente urbano. São Paulo, Tese de doutorado Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo. - GRAZZIOTIN, Pablo et al. Visualization Techniques in a Building Potential Simulator Using Sunlight Access Control. SIACG Ibero-American Symposium in Computer Graphics, Guimaraes, Portugal, IBAM Instituto Brasileiro de Administração Municipal, Estatuto da Cidade, para compreender.../ Isabel Cristina Eiras de Oliveira, Rio de Janeiro: IBAM/DUMA, KNOWLES, Ralph L. The solar envelope: its meaning for energy and buildings. Energy and buildings. Los Angeles, v. v 35, n. n1, KNOWLES, Ralph L. Sun Rhythm Form, The Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, 1981, 198 p. - LECHNER, Norbert. Heating, Cooling, Lighting Design Methods for Architects. John Wiley & Sons, USA, 1990, 523 p. - PEREIRA, F., NOME, C. Proposta sistemática de uso em planejamento urbano do envelope solar como forma de controle da ocupação do solo urbano em função da insolação. ENCAC ENCONTRO NACIONAL SOBRE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, Salvador, BA, SHAVIV, E., CAPELUTO, G. Modeling the design of Urban fabric with Solar Rights considerations, Solar Energy, Israel Institute of Technology, Haifa, Israel, v. 70, Issue 3, p ,