AVALIAÇÃO QUALITATIVA DE CONFORTO TÉRMICO E ESTRATÉGIAS PROJETUAIS PARA ESPAÇOS ABERTOS DA CIDADE UNIVERSITÁRIA DA USP

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1 AVALIAÇÃO QUALITATIVA DE CONFORTO TÉRMICO E ESTRATÉGIAS PROJETUAIS PARA ESPAÇOS ABERTOS DA CIDADE UNIVERSITÁRIA DA USP JUAREZ MOTA PINHEIRO 1 MARTINA PACIFICI 2 EDUARDO PIMENTEL PIZARRO 3 EDUARDO MENDES OLIVEIRA 4 Resumo Estudos de conforto térmico em espaços abertos são importantes para o planejamento bioclimático adequado de áreas urbanas, principalmente em espaços de grande concentração e circulação de pessoas. Neste estudo, foram realizadas pesquisas de avaliação qualitativa das condições térmicas de quatro espaços abertos do campus Cidade Universitária da USP e produzido propostas de estratégias projetuais de requalificação ambiental destes espaços abertos a partir de projetos de referência. Foram também utilizados dados atmosféricos da estação meteorológica do Laboratório de Climatologia e Biogeografia da USP e de experimento realizado no Parque Villa Lobos. Procedeu-se a registros fotográficos dos espaços em análise e de fotografia com lente olho de peixe das condições de céu e utilização de imagens de satélite do Google Earth para ao final propor ações de intervenção arquitetônica de requalificação do ambiente. Palavras-chave: clima urbano conforto térmico intervenção urbanística Abstract Thermal Comfort Analysis of open spaces plays an important role in the climatic planning of the cities, mostly in spaces with high levels of concentration and circulation of people. The research presented here intends to evaluate in a qualitative way the thermal impact in the use and appropriation of four open spaces inside the Cidade Universitária Campus of the University of Sao Paulo - USP, selected as case studies. Based on this evaluation and grounded by architectural references, some design strategies are proposed to enhance the environmental quality of the open spaces in the campus. The research gathered climatic data from the Laboratory of Climatology and Biogeography of USP, and also referred to a fieldwork developed at the Villa Lobos Park. The case studies were described with photographs taken on eye level (to show how people adapt to the environment) and with fisheye lens (to analyze the sky view factor), besides Google Earth Satellite images, and arrows and flows (to describe the environmental phenomena involved). key-words: urban climate - thermal comfort - urbanistic intervention 1 - Introdução A compreensão de fenômenos relacionados ao clima urbano pode e deve servir de subsídio para o planejamento urbano e incentivo a ações de intervenção urbanística e arquitetônica para o planejamento e adaptação de melhorias do conforto térmico urbano. 1 Docente do Depto. de Geociências UFMA e Doutorando do Programa de Geografia Física USP juarezmp@ufma.br e juarezmp@usp.br 2 Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade de São Paulo (Poli-USP) - martinapacifici@yahoo.it e martinapacifici@usp.br 3 Doutorando do Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo (FAUUSP) - eduardo.pizarro@usp.br 4 Arquiteto e Urbanista - Analista de Meio Ambiente da Prefeitura de São Paulo e Especialista em Conforto Ambiental pela Universidade de São Paulo - emoliv@gmail.com e eduardomendes@prefeitura.sp.gov.br 1198

2 Estudos elaborados nessa área subsidiam os gestores públicos de planejamento a agir, como por exemplo, na elaboração das taxas de permeabilidade do solo, no distanciamento adequado dos prédios, na restrição ao volume máximo de altura dos edifícios para determinados lugares da cidade e etc. Também, eles proporcionam níveis mais elevados de conforto térmico, interno e externo, reduzem o consumo de energia elétrica e a necessidade de iluminação artificial. O planejamento bioclimático da cidade pode mitigar os efeitos globais relacionados às mudanças climáticas e até mesmo aliviar os impactos de grandes concentrações urbanas (geração de calor, poluentes, alterações nos padrões de vento e de precipitações, etc.), em uma retroalimentação negativa. Um exemplo da utilização de estratégias de planejamento urbano com implicações microclimáticas na recuperação de áreas urbanas degradadas é mostrado no projeto EXPO'92, realizada em Sevilha, onde o clima é quente e seco, com temperaturas extremamente elevadas no período de realização do evento. Foi adotado como método o levantamento climático regional e medições locais, definição de diretrizes, ensaios laboratoriais com materiais e estratégias e implantação de estratégias de melhor desempenho. As estratégias de Sevilla inspiraram como se deve organizar o espaço urbanístico para receber uma grande quantidade de pessoas em circulação. Parâmetros microclimáticos são importantes para poder viabilizar um uso eficiente dos espaços abertos. As respostas ao microclima podem ser inconscientes e, muitas vezes, resultam em um uso diferente do espaço aberto (NIKOLOPOULOU e alt., 2004). O projeto de espaços abertos requer, portanto, a correlação de aspectos climáticos, morfológicos, geográficos e comportamentais, bem como o estudo da influência que eles exercem sobre o balanço térmico do corpo humano que passa ou ocupa aquele espaço. Assim, para propor estratégias de intervenção ambiental, o trabalho pretende entender como a conformação dos espaços abertos da Cidade Universitária da USP afeta as condições de conforto térmico às quais o usuário é submetido durante o uso diário dos espaços abertos. 2 Método 1. Procedeu-se a análise e levantamento exploratório de campo, para a seleção dos espaços abertos de maior circulação de pedestres na cidade universitária da USP. Com referência ao conceito de escala microclimática, bem como nas observações meteorológicas em locais urbanos de OKE (1997 / 2006), a escolha dos pontos de medição foi realizada em função do objeto e objetivo definidos. Os pontos selecionados são representativos de 4 situações espaciais / climáticas representativas do microclima variável encontrado na Cidade Universitária e nas suas proximidades. a) Ponto 1 Portão de entrada Cidade Universitária (Estação CPTM); 1199

3 b) Ponto 2 Av. Prof. Mello Moraes; c) Ponto 3 Praça do Relógio USP; d) Ponto 4 Faculdade de Arquitetura e Urbanismo (FAU-USP). VARIABILIDADE E SUSCETIBILIDADE CLIMÁTICA: Figura 1: Mapa de Localização dos pontos escolhidos para as análises qualitativas e de proposta de intervenção 2. Análise dos dados climáticos disponíveis e relacionados com a área urbana dos pontos selecionados, em diferentes escalas. Conforme estudo do grupo europeu RUROS (Rediscovering the Urban Real of Open Spaces-2002), do ponto de vista de projeto, é útil avaliar conforto térmico usando dados facilmente acessíveis. Para tanto, são utilizados dados registrados ao longo de um ano pela estação meteorológica do Laboratório de Climatologia e Biogeografia/FFLCH-USP. Além disso, as medições feitas ao longo de um dia no Parque Villa-Lobos (trabalho de campo realizado pela turma para a disciplina AUP5823/2015), ao lado da Cidade Universitária, são também utilizados como referência microclimática. 3. Avaliação do balanço térmico nos diferentes pontos selecionados, além de observações qualitativas em relação ao usuário do espaço, como variáveis individuais e subjetivas. Assim como no projeto dos espaços abertos da EXPO'92 em Sevilha (GUERRA MACHO,1994) e do CENPES no Rio de Janeiro (MONTEIRO et al., 2008), o potencial para conforto térmico humano dos ambientes é caracterizado a partir da interpretação dos dados obtidos. 4. Identificação das variáveis críticas para fins de conforto térmico e projeto das possibilidades de desenho para a melhoria dos 4 pontos. As estratégias projetuais têm como referência os projetos para a Expo de Sevilla e para o CENPES. 1200

4 Figura 2: Estrutura metodológica desenvolvida 3 - Clima da Cidade Universitária e Microclima do Parque Villa-Lobos Em destaque podemos afirmar que quando se compara a situação atmosférica anual para o conforto em ambientes abertos na USP identificamos que os meses de junho, julho e agosto são os meses que apresentam as menores temperaturas, porém como um dado positivo para a condição de conforto na USP, não são os meses com maior velocidade do vento, a média nestes meses ficam abaixo de 2m/s em relação aos meses de outubro, novembro e dezembro que apresentam as maiores velocidades do ar (2,5m/s). Figura 3: Temperatura e Umidade do ar da Cidade Universitária da USP Fonte: Laboratório de Climatologia e Biogeografia FFLCH-USP Os meses de dezembro, janeiro e fevereiro necessitam de uma atenção maior dos planejadores urbanos em função de apresentar os valores de maior temperatura anual para o conforto térmico, como ficou comprovado em analogia ao experimento no Parque Villa Lobos, principalmente para os horários entre as 12hs e 14hs. O índice de umidade do ar foi outro elemento atmosférico anual de destaque, isto porque possui importância significativa para a diminuição da sensação de calor, ele apresenta valores muito positivos por todo o ano para a USP, pois em todos os meses, com exceção de dezembro, todos apresentam valores acima de 70%. Reputa-se a esta singularidade devido à grande quantidade de vegetação existente no campus. 1201

5 Figura 4: Índice de Conforto Térmico PET Fonte: Pesquisa de coleta de dados da turma AUP5823/2015 O experimento realizado no Parque Villa Lobos em um dia típico de outono (maio) foi importante para identificarmos como o índice PET se comporta para espaços abertos em analogia com a USP. Apresentou valores que podemos destacar como negativos (Calor) para o conforto térmico em espaços abertos de radiação direta em horário de início da tarde, os valores identificados pelos dados coletados apresentaram valores muito elevados de temperatura, menores de umidade do ar e baixa velocidade do ar, proporcionando que os índices de conforto serão negativos para os transeuntes da USP. 4 - Referência Projetual - Expo 92 Sevilha É usado como projeto de referência a EXPO'92, realizada em Sevilha, onde o clima é quente e seco, com temperaturas extremamente elevadas no período de realização do evento. O Método adotado é o de levantamento climático regional e medições locais, definição de diretrizes, ensaios laboratoriais com materiais e estratégias e implantação de estratégias de melhor desempenho. As estratégias de Sevilla são sintetizadas a seguir: Figura 5: Estrutura referencial para elaboração da proposta arquitetônica na USP 1202

6 5 Análise qualitativa e proposta de intervenção arquitetônica Ponto 1 Figura 6: Vista panorâmica da entrada da USP Ponte de acesso ao terminal do Metrô CPTM No balanço térmico do Portão de entrada Cidade Universitária (Ponto 1), os principais fenômenos envolvidos no ganho de calor são a radiação solar direta e a radiação de onda longa emitida pelo entorno, principalmente pelo asfalto. Há ocorrência significativa de perdas de energia de responsabilidade convectivas, já que o ponto está em meio a um corredor de ventos, com valores elevados de velocidade do ar. Por ser um ponto demasiadamente exposto, no que se refere à radiação e à convecção, a sensação de desconforto atinge valores extremos de desconforto por calor e por frio, dependendo significativamente das condições atmosféricas, do período do dia e do ano. Por exemplo, o meio do dia pode ser muito quente, por causa da radiação direta e da radiação refletida pelas superfícies, e a noite pode ser muito fria, já que não existe a parcela de radiação direta, ao mesmo tempo em que as trocas de calor com a abóbada celeste se mantêm, assim como as perdas por convecção. Além disso, no verão este ponto fica muito quente e, no inverno, muito frio. A passarela caracteriza, essencialmente, um espaço de passagem. Entretanto, ressignificações e reapropriações urbanas transformam este ponto em espaço de permanência curta (um fotógrafo registrando a paisagem) e, até mesmo, longa (um vendedor ambulante). Desta forma, as estratégias ambientais a serem aplicadas a este ponto deveriam, em microescala, garantir condições de conforto térmico gradativas desde a passagem até a permanência de curto prazo. Figura 7: Pedestres na entrada do Campus Ponte de acesso à estação CPTM fotografia de céu olho de peixe 1203

7 Proposta de intervenção Ponto 2 Figura 8: Intervenção urbanística proposta para a Ponte de acesso à estação CPTM Figura 9: Vista panorâmica da Av. Prof. Mello Moraes Junto com a radiação solar direta, a evapotranspiração é um dos fatores que mais contribui para o balanço térmico local. Adicionalmente, é importante destacar que em noites frias e com ventos, há grande perda de calor pela ação dos ventos e por troca direta com o fundo de céu. Quanto a Av. Prof. Mello Moraes (Ponto 2), local de passagem interno a Cidade Universitária, sem atrativos para permanência, entende-se que o local não precisa garantir condições de conforto para longa permanência, mas pelo fato do caminho ser de longa extensão merece atenção. Pela análise, supõe-se que ele é termicamente agradável no verão quando a radiação direta é parcialmente filtrada pelas árvores e os ventos proporcionam perda de temperatura por convecção junto com o processo de elevação da umidade do ar garantido pela evapotranspiração. Entretanto, proporciona desconforto no inverno quando há menor temperatura do ar, grandes perdas para o fundo de céu e pela ação dos ventos. 1204

8 Figura 10: Transeunte na Av. Prof. Mello Moraes - fotografia de céu olho de peixe Proposta de intervenção Ponto 3 Figura 11: Intervenção urbanística proposta para a Av. Prof. Mello Moraes Figura 12: Vista panorâmica da Praça do Relógio USP Na Praça do Relógio (Ponto 3) as condições atmosféricas terão uma importância bastante acentuada, seja pelo ganho de energia como pela perda de energia, o que caracteriza o espaço como de grande variabilidade térmica, isto ocorre porque se caracteriza por amplos espaços abertos de poucos obstáculos no seu entorno. A velocidade do ar terá, portanto, grande influência neste processo de conforto térmico proporcionando que quando a velocidade do ar é alta, contribui para o conforto térmico do pedestre em dias quentes, e agrava a sensação de frio em dias com temperaturas inferiores. Outro destaque é o valor paisagístico proporcionado pela grande quantidade de vegetação de diversas espécies que tornam o lugar referência para encontros, passagem e descanso de muitos usuários do campus USP. 1205

9 Figura 13: Usuários da Praça do Relógio - fotografia de céu olho de peixe Proposta de intervenção Ponto 4 Figura 14: Intervenções urbanísticas proposta para a Praça do Relógio - USP Figura 15: Foto entrada da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo FAU-USP A maior potencialidade do Ponto 4 aqui analisado está no tamanho da grande cobertura que, apesar de pertencer ao próprio edifício, chega a sombrear até o espaço externo. Graças a estas características, os usuários podem usufruir uma área aberta, embora permanecendo dentro da mesma faculdade. A proteção da radiação direta é, portanto, o maior proveito. A vegetação fraca e dispersa não torna a evapotranspiração uma contribuição significativa para o equilíbrio térmico do espaço. Por outro lado, os movimentos convectivos que são canalizados ao abrigo da cobertura e, posteriormente, seguem ao piso caramelo, torna o ambiente ventilado. Em noites frias e com ventos, há grande perda de 1206

10 calor do local e de perda de calor de seu mobiliário pela ação dos ventos. Por se tratar de um local de passagem, de longa e curta permanência, entende-se que o local precisa garantir uma grande variedade de condições de conforto. Conclui-se que o espaço é termicamente agradável no verão quando a radiação direta é totalmente eliminada e os ventos participam na perda de temperatura por convecção. Entretanto, no inverno, quando há menor temperatura do ar e grandes perdas pela ação dos ventos, há uma condição de maior desconforto Proposta de intervenção Figura 16: Estudantes da FAU-USP fotografia olho de peixe Figura 17: Proposta de intervenção urbanística para a FAU - USP 6 Conclusão A proposta de análise qualitativa e de intervenção arquitetônica dos espaços de passagem e frequência dos pedestres e usuários do Campus Cidade Universitária da USP, em quatro locais distintos, foram representativos para indicar as potencialidades de 1207

11 desenvolvimento de pesquisas que tenham como foco o conforto térmico em ambientes urbanos abertos. Ao se buscar interpretar qualitativamente os principais fatores atmosféricos que estão influenciando a qualidade ambiental atmosférica dos lugares, por pesquisadores com formação básica distinta (Geógrafos, Engenheiros e Arquitetos), foi considerado fundamental para se ter condições instrumentais de qualidade para propor intervenções urbanísticas. A proposta de requalificação ambiental realizada para os espaços estudados, índica uma importante tentativa de avançar no campo da interdisciplinaridade científica, onde os conhecimentos que são produzidos em ramos diversos da ciência, que tem a preocupação atmosférica, possam unir forças na solução dos problemas comuns a vida dos citadinos. Referências ALVAREZ DOMINGUEZ, S. et al. Control Climático en Espacios Abiertos. El Proyecto EXPO'92. Grupo de Termotecnia. Depto. de Ingenieria Energetica y Mecanica de Fluidos. Sevilla: CIEMAT, ALVAREZ, S.; ASIAIN, J. L.; YANNAS, S.; FERNANDES, E. O. (ed.). Architecture and Urban Space. Proceedings of the Ninth International PLEA Conference. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, COOK, J. Searching for the bioclimatic city. School of architecture. Arizona State University, Arizona , USA. COSTA, A. et al. Medições de campo na área urbana: o desafio da padronização. Revista de Urbanismo e Arquitetura, vol. 7, n 1, FUÃO, F. F. Sevilha e a Expo 92: duas realidades contrapostas. Revista Projeto, n.138. São Paulo, MONTEIRO, L. M.; DUARTE, D. H. S.; GONÇALVES, J. C. S.; ALUCCI, M. P. Conforto térmico como condicionante do projeto arquitetônico-paisagístico: o caso dos espaços abertos do novo centro de pesquisas da Petrobras no Rio de Janeiro, CENPES II. Ambiente Construído (Online), v. 8, p , NIKOLOPOULOU, M. Designing Open Spaces in the Urban Environment: a Bioclimatic Approach. RUROS: Rediscovering the Urban Real and Open Spaces. CRES - Centre for Renewable Energy Sources, Department of Buildings, Greece, GUERRA MACHO, J. J. et al. Control Climático en Espacios Abiertos. Evaluación del Proyecto EXPO'92. Grupo de Termotecnia. Depto. de Ingenieria Energetica y Mecanica de Fluidos. Sevilha: CIEMAT, OKE, T. R. Boundary Layer Climates. 2 ed. London. New York: Routledge; John Wiley & Sons,

12 WMO. Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation. 7ed. Geneve: WMO No.8, Part 2, Chapter 11: Urban observations