29 Arborização Pública como Estratégia de Sustentabilidade Urbana

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1 29 Arborização Pública como Estratégia de Sustentabilidade Urbana (1) MASCARO, Juan José; (2) DIAS, Ariane Pedrotti de Ávila; (3) GIACOMIN, Suelen Debona Universidade de Passo Fundo Faculdade de Engenharia e Arquitetura Curso de Arquitetura e Urbanismo Campus I Bairro São José BR Passo Fundo RS Brasil CEP Fonte: Fax (1)Prof., Dr. Arquiteto - arqmascaro@terra.com.br; (2) Acadêmica de Arquitetura e Urbanismo, bolsista Pibic/UPF - ariane.pedrotti@hotmail.com; (3) Acadêmica de Arquitetura e Urbanismo - su_giacomin@yahoo.com.br Resumo Os espaços urbanos modernos têm menos vegetação que seu entorno. Essa diferença afeta o clima, o consumo de energia e habitabilidade das cidades. A redução da vegetação urbana contribui para o aquecimento do ar nas áreas urbanas, levando à formação da ilha de calor no verão. O tema central deste trabalho é o uso da arborização como estratégia de controle da radiação solar incidente no verão nos recintos urbanos do subtrópico úmido e de seu aquecimento na estação fria, situação diferente da maioria das regiões brasileiras. Os estudos foram realizados para a cidade de Passo Fundo, RS, Brasil (28º S), através de medições ambientais sazonais e métodos analíticos de estimativa do valor de sombreamento da vegetação durante dois anos. A pesquisa informa sobre o desempenho ambiental de diferentes espécies arbóreas, com ênfase na amenização da radiação solar incidente no verão. Foi verificado também, que uma escolha adequada da vegetação urbana permite reduzir o pico de consumo de energia elétrica na edificação na estação quente. O caso da cidade de Passo Fundo ilustra as conseqüências da perda de oportunidades de usar energia solar no inverno e da necessidade de proteger os recintos urbanos da radiação solar no verão através do uso da vegetação. Plantar árvores é atrativo tanto economicamente, pela eficiência econômica, como para melhorar a qualidade de vida e promover a sustentabilidade nas áreas urbanas. A pesquisa continua com o aprofundamento do estudo da eficiência do sombreamento da vegetação urbana como moderador do aquecimento produzido pela radiação solar no verão. Palavras chave: Desenho urbano sustentável, Energia Solar, Vegetação urbana, Economia de Energia. Abstract Modern urban areas usually have less vegetation that their surroundings. Such difference affects the climate, energy uses, and habitability of cities. The reduced vegetation collectively warms the summer air over urban areas, leading to the creation of summer urban heat island. This paper focuses on the use of trees as method of cooling urban areas. The case of the humid subtropical city is the central subject, for being a region in which the climate requires insolation in the winter (passive solar calefaction), as much for construction as for urban enclosure, and solar protection during the summer. Various tools have been use to verify the trees shading value: seasonal environment measurements and analytical methods were down in the study of Passo Fundo city environment during two years, (28º S). The case of Passo Fundo city illustrates the consequences of the losses of chances of using the solar energy in the winter and the need to protect the urban precincts of the solar radiation by using vegetation. Planting trees is an attractive both for saving money through energy efficiency for

2 improving the sustainable and the quality of life in urban areas. We are continued monitoring and research on the theme. Key Words: Sustainable Urban Design, Solar Energy, Urban Forestry, Energy Save Introdução A forma vegetal mais característica na paisagem citadina é a árvore, que cada vez mais vem sendo incorporada nos estudos relacionados com o ambiente urbano. O efeito mais procurado da vegetação é o sombreamento, mas além de proteger o recinto urbano da insolação indesejada, reduzindo o consumo de energia ao longo do período quente da região subtropical, matiza suas superfícies construídas, criando um efeito de filtragem dinâmica. A vegetação atua nos microclimas urbanos contribuindo para o controle da radiação solar, temperatura e umidade do ar, ação dos ventos e da chuva e para amenizar a poluição do ar. As formas de atuação destes fatores dependem do tipo de vegetação, seu porte, idade, período do ano, formas de associação dos vegetais e, também, em relação às edificações e dos recintos urbanos. Pode-se enfatizar o controle de um elemento, mas a vegetação interage sobre o conjunto de elementos climáticos. A vegetação é um importante elemento de amenização da radiação solar através da associação de suas propriedades de absortância e refletância. As temperaturas na área central das grandes cidades americanas, por exemplo, aumentaram entre 1 e 1,1ºC por década nos últimos 50 anos e a demanda de eletricidade cresceu entre 3 e 8% para cada 1ºC (QRC.DEPAUL, 2004). A interação desses efeitos relacionados às características de cada espécie determina a influência da vegetação na condição térmica do ambiente construído. A capacidade de absorver radiação de onda curta de um bordo é de 80%, podendo reduzir a temperatura em 6ºC (QRC.DEPAUL, cit.). Quando a área urbana tem uma cobertura vegetal de pelo menos 20%, grande parte da radiação solar recebida é usada para evaporação mais que para aquecer o ar. Junto com o esfriamento pela transpiração, a sombra das árvores pode ajudar a refrescar o local, evitando o aquecimento de superfícies artificiais que estão sob a cobertura arbórea. Estes efeitos podem reduzir a temperatura do ar em até 5ºC (AKBARI et al, 1991). O controle da radiação solar, associado ao aumento da umidade relativa do ar, faz com que a variação da temperatura do ar seja menor, reduzindo a amplitude térmica sob a vegetação, sendo maior durante o verão, pois a densidade foliar e a evapotranspiração das plantas são mais intensas. A amplitude térmica sob grupamentos é sempre menor que sob as árvores isoladas. A iluminância sob um grupamento arbóreo é avaliada como percentual relativo da luz natural disponível que é transmitida através da vegetação. A altura das plantas, a idade e o tipo de folhagem das espécies arbóreas modificam a iluminância sob a cobertura vegetal. Em relação à variação sazonal, a transmitância tende a aumentar em situação de inverno, com exceção de grupamentos arbóreos extensos e homogêneos. Um fator determinante na quantidade e distribuição da luz natural sob as árvores é o tempo atmosférico. Em dias encobertos, as áreas sob a arborização são proporcionalmente mais iluminadas que em dias de céu claro, devido à maior transmitância da vegetação em relação à radiação solar difusa que à direta. A transmitância de luz natural decresce com o aumento da densidade foliar: é mínima, da ordem de 9% junto a superfícies opacas como troncos e ramos, e máxima, de quase 100% sob vazios na cobertura foliar e próximo à borda da copa. É recomendável considerar a transmitância da luz através da ramificação, no inverno, para assegurar a

3 iluminância requerida pela tarefa visual em recintos urbanos e nos edifícios que dele formam parte. Na copa das árvores a transmitância é menor devido à difusão da radiação entre as folhas e os ramos. A refletância das folhas é de 6% apenas, sendo desprezível seu efeito. Estudo de Caso: Desempenho Termo-Luminoso de espécies arbóreas 35º 36º 37,5º Cinamomo 30,5º Sibipiruna 2 7,º 33º Extremosa Figura 1 Redução da temperatura ao Sol e à sombra de três espécies arbóreas estudadas. Material e Métodos O estudo dos aspectos ambientais realizado in loco em espécies arbóreas permite fazer uma primeira aproximação aos aspectos quantitativos do tema. Como exemplo dos resultados obtidos é informado o desempenho termo-lumionoso de duas espécies arbóreas. Foram realizadas medições de temperatura e umidade relativa do ar, direção e velocidade do vento e iluminância natural nas estações fria e quente. Os aparelhos usados foram 2 luxímetros Lutron LX-101, 2 termo-higrômetros digitais TFA, 2 termômetros de superfície, 2 anemômetros Sper, 1 bússola e 1 máquina fotográfica Ashai Pentax. Para estimar o fator de céu visível adaptou-se uma lâmpada baloom à câmara fotográfica O método utilizado para a medição da transmitância termo-luminosa das árvores foi o proposto Méthy (1974). Para as outras medições ambientais foram usados os métodos da norma americana ANSI/ASHARAE Standard e brasileiras ABNT correspondentes. Para verificar os critérios de avaliação dos fatores anteriormente citados foi feita uma medição piloto no início dos trabalhos. Resultados obtidos A primeira parte da pesquisa analisou a diferença de temperatura entre a área central e duas áreas periféricas da cidade de Passo Fundo, RS. Foi verificado que nas tardes de verão de céu claro, a temperatura do ar é da ordem de 2 a 3ºC maior na área central que na periferia. Os valores são menores aos indicados por Robinette (1972), devido ao adensamento baixo do solo urbano e ao tamanho da cidade (780 km2). No estudo piloto realizado entre ruas com e sem vegetação, a diferença de temperatura encontrada foi de 3 a 4 ºC também na estação quente; estes valores coincidem com os indicados pelo autor antes citado. A diferença se acentua com a redução do deslocamento do ar entre as áreas em Sol e em sombra e como aumento do porte da vegetação.

4 A segunda parte da pesquisa estudou o desempenho ambiental de espécies arbóreas da cidade verificando o sombreamento, tanto como minimizador (filtro ou barreira) da incidência da luz como moderador da temperatura. Duas espécies das onze estudadas são apresentadas de forma comparativa quanto aos critérios acima relacionados: a Lagerstroemia indica, Extremosa/ Rosedá, figura 2 e o Ingá uruguensis, Ingá (figura 3). Análise da Situação de verão Figura 2 - Fotografia Lagestroemia indica (Extremosa) no verão, seguido da imagem balloon e a sombra projetada pela árvore na fachada do prédio. A Lagestroemia indica (Extremosa) possui uma copa de tamanho médio homogêneo. O valor encontrado para a transmitância luminosa foi de 14,16% (redução da iluminância sob a arborização em torno de 85,83% em relação a iluminância natural disponível sob a abóbada celeste desobstruída). Sua influência sobre a umidade relativa do ar local é pequena, de 11% do Sol para a sombra, também sobre a velocidade do vento. A redução da temperatura de 4,5ºC do Sol para a sombra da árvore gera alívio ao usuário do passeio. Comparando as iluminâncias verticais no Sol e na sombra da árvore projetada na fachada da edificação, verifica-se uma redução de 85,84% dos raios solares pela folhagem. Este bloqueio é favorável para a situação de verão, pois também reduz o ofuscamento do indivíduo ao se deslocar entre ambientes internos e externos, favorecendo a acomodação visual. Numa tarde de verão a temperatura superficial medida numa fachada Oeste na sombra projetada pela árvore foi menor 4,8ºC (32,6ºC) que a temperatura registrada ao Sol (37,4ºC), auxiliando no conforto térmico tanto da rua como do interior da edificação. O fator de céu visível da fachada em consideração é de 62,1 º. Esta espécie arbórea não interfere na infra-estrutura aérea local e não danifica o calçamento público; praticamente não exige manutenção.

5 Figura 3 - Fotografia Ingá uruguensis (Ingá) no verão, seguido da imagem da balloon e a sombra projetada pela árvore na fachada do prédio. O Ingá tem uma copa densa com folhagem verde escura, apresentando para a situação de verão uma transmitância luminosa de 4% (redução da iluminância natural sob a arborização de 96% em relação à disponível sob a abóbada celeste desobstruída). Neste tipo de folhagem ocorre uma retenção maior de água sobre a superfície foliar que, por ser grande, aumenta a evaporação. A umidade relativa do ar aumentou 13% com a presença da árvore. As temperaturas observadas sob a árvore ficaram 6ºC abaixo das temperaturas observadas ao Sol devido ao bloqueio da radiação feito pela folhagem perene desta espécie. Em relação às temperaturas superficiais da fachada analisada, também Oeste, verificou-se que a diferença entre a temperatura ao Sol (28,1ºC) e na área sombreada pela árvore (24,3ºC) foi de 4,2ºC. O fator de céu visível foi de 28º, ficando abaixo dos 30º considerados como adequado. Esta espécie, classificada como árvore de médio porte, interfere na rede aérea local, sendo necessária manutenção periódica. O sistema radicular do ingá não apresenta conflito com o passeio público. Análise da Situação de inverno Figura 4 - Fotografia Lagestroemia indica (Extremosa) no inverno, seguido da imagem balloon e a sombra projetada pela árvore na fachada do prédio.

6 Para a Lagestroemia indica (Extremosa), com a perda total da folhagem, a redução da iluminância natural é praticamente nula. Situação favorável em condição de inverno. Esta espécie não aumenta a umidade relativa local e diminui 0,95ºC a temperatura sob a mesma. Redução não significativa também favorável na estação fria (figura 4). Figura 5 - Fotografia Ingá uruguensis (Ingá) no inverno, seguido da imagem da balloon e a sombra projetada pela árvore na fachada do prédio. O Ingá uruguensis (Ingá) apresentou uma transmitância luminosa de 12,16%. O ideal para a situação de inverno é de 80%. O tipo de cobertura foliar da espécie, homogênea e densa, é o principal responsável pela obstrução e, conseqüentemente pela baixa quantidade de luz natural disponível sob a árvore (figura 6). A redução da temperatura sob a árvore também é importante, cerca de 6ºC (desfavorável para situação de inverno), causando desconforto térmico ao usuário do passeio. A situação se agrava quando o vento no local apresenta velocidade média superior a 5m/s. Esta espécie altera a umidade relativa do local em mais de 16%. Em relação às temperaturas superficiais da fachada verificou-se que a diferença entre a temperatura ao Sol (22,2ºC) e a temperatura na sombra projetada pela edificação (18ºC) foi de 4,2ºC, enquanto a temperatura na fachada sombreada pela árvore (19,7ºC) foi de 2,5ºC. As temperaturas da área em sombra e da área sombreada pela árvore são próximas, evidenciando que árvores de folhagem densa e perene geram um bloqueio da radiação solar semelhante ao da sombra projetada pela edificação, indesejável na situação de inverno. Esta espécie reduz a quantidade de luz natural nos quatro apartamentos que projeta sua sombra, gerando necessidade de utilização de energia elétrica e sistemas de aquecimento artificial. Exemplo dos benefícios da radiação solar no inverno (sem sofrer a ação resfriante do vento nesse período, pouco significativa até o décimo andar em prédios situados em zonas de média densidade): uma janela aberta na fachada Norte permite, em média, num dia do mês de junho, a entrada de 142 W/m²; se a janela for de, por exemplo, 4m² entrariam no local W/dia, ou seja, o equivalente a uma estufa elétrica de mais de ½ kw funcionando durante 10 horas. Com o preço atual da energia elétrica na região (R$ 0,48 kw/h), ter-se-ia um gasto diário de R$ 2,70; nos 100 dias do período invernal chegar-se-ia a um gasto anual de R$ 270,00. Se a

7 sombra de uma árvore como o Ingá se projetara sobre essa janela, o consumo de energia aumentaria proporcionalmente à obstrução termo-luminosa da copa. Caro demais para a maioria da população local, situação de doenças respiratórias para os que não podem pagar nem sequer um consumo mínimo de energia elétrica. Grave em termos ambientais para a comunidade como um todo devido à poluição local produzida nas áreas de produção e transporte de energia elétrica. A sombra projetada por uma árvore como o Ingá na janela dessa fachada Norte criaria a necessidades de uso de energia operante no inverno. Situações como a descrita devem ser levadas em consideração na estimativa de consumo energético das edificações. Conclusões A vegetação urbana interfere no desempenho termo-luminoso do recinto urbano e de seus edifícios orientados para o Norte, Leste e Oeste. Árvores de folha caduca, no inverno, apresentam obstruções à insolação e à luz natural que variam entre 5% e 65% segundo as espécies arbóreas, sendo consideradas adequadas para a latitude 28ºS as que bloqueiam a radiação solar em até 20%. A transmitância termo-luminosa da vegetação no inverno deve ser de pelo menos 40% para se ter valores de iluminância adequados para realizar tarefas visuais de exigência média (cerca dos 300 lux), assim como da insolação para se obter calefação passiva nessa época do ano. No verão a transmitância luminosa na maioria das espécies varia entre 5% e 10%. Em relação à temperatura e umidade relativa do ar: folhagens densas ocasionam diferenças superiores a 5ºC entre a temperatura ao Sol e a temperatura sob a árvore, o que é desfavorável em condição de inverno. As diferenças de temperatura e umidade relativa do ar entre áreas sombreadas e ensolaradas são amenizadas com ventos superiores a 1,5m/s, sendo mais pronunciadas acima dos 5m/s. Em recintos urbanos onde árvores com transmitância luminosa superior a 80%, localizadas em espaços onde o fator de céu visível é de 45º ou mais, a umidade relativa do ar atinge níveis satisfatórios para o verão, em torno e 55%. A obtenção do equilíbrio entre espaços construídos e vegetação urbana implica em termos de energia uma economia considerável se comparado com o custo dos sistemas de condicionamento artificial do ar. Os custos são econômicos e ambientais, tanto em relação ao valor crescente das tarifas da energia elétrica em um Estado que tem grandes restrições para seu fornecimento, como à poluição ambiental produzida por esses aparelhos, que é grande. Das estratégias a utilizar na procura da sustentabilidade urbana, a vegetação como filtro natural e conveniente da radiação solar incidente no verão na cidade subtropical úmida é importante. O programa de plantio de árvores representa uma rara oportunidade para satisfazer simultaneamente ao cidadão e ao ambiente urbano através da diminuição do consumo de energia elétrica, principalmente nas regiões quentes úmidas. Entretanto, não há planos precisos e completos que estejam sendo aplicados entre nós.

8 Referências Bibliográficas AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGRERATING AND AIR CONDITIONS ENGINNERS ASHRAE. ANSI/ASHDAE Standard R Thermal environmental conditions for human occupancy. Atlanta, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT. NBR 15220: Desempenho térmico de edificações. Rio de janeiro, LORENZZI, H. Árvores Brasileiras - Manual de Identificação e Cultivo de Plantas, Arbóreas Nativas do Brasil. Volume 1 e 2. São Paulo: Plantarum, MASCARÓ, J.J. et al. Praças e edificações: paisagem e ambiência de bairros de Passo Fundo, RS. Passo Fundo: FEAR Universidade de Passo Fundo, Relatório de pesquisa. MÉTHY, M. Interception du rayonnement solaire par différents types de végétation dans la région méditerranéenne. Montpellier: Académie de Montpellier, Université des Sciences et Techniques du Languedoc, OKE, T.R. Boundary layer climates. London : Methuen, ROBINETTE, G.O. Plants, people and environmental quality. Washington: U.D.S. Interior Nat. Park Service, Disponível em: Acesso em: 24/04/2002 AKBARI et al. Disponível em: Acesso em: 25/05/2001