ANÁLISE DE CONFORTO TÉRMICO NO MUNICÍPIO DE OURINHOS (SP) UTILIZANDO O MODELO ENVI-MET.

Ana Claudia Carfan1

Universidade de São Paulo – FFLLCH/USP – São Paulo SP/Brasil

E. Galvani2 Universidade de São Paulo – FFLLCH/USP- São Paulo SP/Brasil

J. T. Nery3 Universidade Estadual Paulista – UNESP- Ourinhos SP/Brasil

Resumo O objetivo deste trabalho é analisar o conforto térmico da área central da cidade de Ourinhos, verificando qual o modelo de arquitetura torna o ambiente mais agradável aos pedestres. Ourinhos situa-se na região Sudeste do Brasil e possui um clima quente e úmido, resultando em desconforto principalmente no verão. Neste estudo foi utilizado o modelo ENVI-met versão 3.0/3.1. O modelo micro-climático é tridimensional e concebido para simular a interação superfície - planta - atmosfera no ambiente urbano, com uma resolução entre 0,5 e 10m. Efetuou-se a edição da planta baixa da área urbana como dado de entrada do modelo. A planta também é projetada em um cenário, em três dimensões (3D) onde são colocados edifícios, árvores/vegetação e diferentes superfícies. Inseri-se também um arquivo de configuração com informações de temperatura, velocidade do vento, umidade e bases de dados para os tipos de solo e de vegetação. A área escolhida abrange uma extensão de 3 x 3 quadras no centro da cidade. Efetuou-se a simulação com uma estrutura arquitetônica real da cidade e outra com uma estrutura virtual, onde foi acrescidas árvores ao longo das ruas. Através da análise dos índices de conforto térmico PMV (predicted mean vote) e PPD (predicted percentage of dissatisfied) verificou-se que a região não satisfaz o conforto térmico necessário aos pedestres. Os mesmos dados obtidos para a estrutura virtual mostraram uma melhora pouco significativa no conforto térmico.

Palavras chaves: clima urbano, conforto térmico, Envi-met.

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ANALYSIS OF THERMAL COMFORT IN THE CITY OF OURINHOS (SP) USING THE MODEL ENVI-MET.

Ana Claudia Carfan4

Universidade de São Paulo – FFLLCH/USP – São Paulo SP/Brasil

E. Galvani5 Universidade de São Paulo – FFLLCH/USP- São Paulo SP/Brasil

J. T. Nery6 Universidade Estadual Paulista – UNESP- Ourinhos SP/Brasil

Abstract The objective of this essay is to analyze the thermal comfort in Ourinhos, downtown, checking which architecture pattern makes the environment more pleasant to the pedestrians. Ourinhos is in the southeastern region of Brazil and presents a hot and moist weather which brings discomfort mainly in the summer. Envi-met model version 3.0/3.1 was used. The micro-climatic model is three-dimensional and conceived to simulate the surface - plant - atmosphere interaction in the urban environment, with a resolution between 0,5 and 10 m. This model was developed by Bruse and Fleer (1998) and Bruse (2004). The edition of the low plant of the urban area as a model entrance data was performed. The plant is also projected in a scenery, in three dimensions (3D) where buildings, trees/vegetation and different surfaces were put. A configuration file with information of temperature, wind velocity, humidity, and data base to all kinds of soil and vegetation were also inserted. The chosen area embraces an extension of 3x3 blocks downtown. A simulation with the real architectonic structure of the city and another with a virtual structure were made, the last on could improve the thermal comfort in the area. Through analyzes of thermal comfort PMV (predicted mean vote), PPD (predicted percentage of dissatisfied) and Tmr (radial average temperature), it was possible to check that the region reaches the necessary thermal comfort to the pedestrians. The same data, obtained to the virtual structure, showed a significant improvement to the thermal comfort. Keywords: urban weather, thermal comfort, Envi-met.

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1- Introdução

O estudo de conforto térmico em áreas urbanas visa analisar e estabelecer padrões de conforto e bem estar na população. A impermeabilização do solo e a densidade de construção juntamente com a ausência de vegetação produzem um microclima diferenciado em áreas urbanas chegando, em alguns casos, a produzir um desconforto térmico nos pedestres.

Estudos de conforto térmico em áreas abertas têm sido realizados por diversos autores como ferramenta de planejamento na expansão dos espaços urbanos.

Gómez et al., (2001) fizeram um estudo bioclimático da cidade de Valença, Espanha. Foram utilizados os índices de conforto térmico ID (índice de desconforto térmico), WBGT (índice de temperatura de globo) e PE (cooling power) para analisar a influência da vegetação no conforto humano e encontraram uma correlação significativa entre esses elementos.

Lahme e Bruse (2003) fizeram um estudo do microclima e qualidade do ar da região utilizando de medições “in loco” e do modelo Envi-met e comparados os resultados onde se verificou que o modelo reproduziu com bastante acurácia os dados coletados no local.

2- Objetivo

O objetivo deste trabalho é analisar o conforto térmico do centro da cidade de Ourinhos, verificando qual o modelo de arquitetura torna o ambiente mais agradável aos pedestres.

3- Área de Estudo Ourinhos está localizada no sudoeste

do estado de São Paulo, na divisa com o norte do estado do Paraná. Possui clima caracterizado como clima de regiões tropicais com verão quente e úmido e inverno frio e seco. As chuvas estão concentradas principalmente nos meses de dezembro, janeiro e fevereiro, tendo sua gênese marcada por sistemas convectivos e entradas de frentes frias que forçam o ar quente e úmido ascender rapidamente provocando chuvas cumuliformes, além da presença da Zona de Convergência Intertropical a partir de setembro

até final de março. O inverno é caracterizado por chuvas estratiformes devido à entrada de massas polares que atuam nessa região. Os meses mais secos são: junho, julho e agosto, podendo ocorrer no inverno baixas temperaturas, com possibilidade de geada em algumas áreas.

O município de Ourinhos (Figura 1) possui uma área urbana de 40 km2, uma área rural de 256 km2, perfazendo uma área de 296km2. Possui uma população de 109.228 habitantes – IBGE, 2005, com uma densidade demográfica de 367,45 hab/km2. Ainda segundo o IBGE possui um grau de urbanização de 96,30%. Possui também uma área de matas e florestas de 398 hectares e uma área de pastagens naturais de 1.703 hectares (IBGE, 2006).

Figura 1 – Mapa da cidade de Ourinhos SP.

4- Material e Métodos Foi utilizado o modelo Envi-met

versão 3.0/3.1. O modelo micro-climático é tridimensional concebido para simular a interação superfície - planta - atmosfera no ambiente urbano, com uma resolução entre 0,5 e 10m. Este modelo foi desenvolvido por Bruse e Fleer (1998) e Bruse (2004). Foi feita a edição da planta baixa da área urbana como dado de entrada do modelo. A planta baixa é projetada em um cenário, em três dimensões (3D) onde são colocados edifícios, árvores/vegetação e diferentes superfícies. Também é inserido um arquivo de configuração com informações de temperatura, velocidade do vento, umidade, obtidas através de uma estação meteorológica automática instalada no local.. A área escolhida

abrange uma extensão de 3 x 3 quadras no centro da cidade (Figura 3).

O PMV é provavelmente o melhor índice biometeorológico, baseado no modelo de Fanger (1972), que se refere o balanço energético do corpo humano de pessoas expostas a determinados climas. Originalmente desenvolvido para interiores, foi adaptado para o ambiente externo, Jendritzky (1993).

Normalmente, a escala de PMV é definida entre -4 (muito frio) e 4 (muito quente), onde 0 é a neutralidade térmica (conforto) . Como PMV é função do clima local, pode atingir também valores acima ou abaixo de (-4) . Além do índice PMV, o modelo ENVI-met fornece o valor do índice PPD (Percentagem previsível de insatisfeitos) que indica a percentagem de pessoas que estariam insatisfeitos com as condições climáticas encontradas. Para avaliar o conforto térmico, vários tipos de índices e modelos têm sido adotados. O método mais conhecido e aceito é o método desenvolvido por Fanger (1972) e adotado na norma internacional ISO7730/1994.

Fanger (1992) realizou pesquisas analisando condições de temperatura, umidade e velocidade de ar em ambientes controlados climaticamente, onde as pessoas permaneciam algum tempo e respondiam questões sobre sua percepção quanto ao conforto térmico. Dentre os índices desenvolvidos estão o “Predicted Mean Vote” (PMV), que estima o nível de satisfação dos indivíduos quanto ao ambiente e o “Predicted Percentage of Dissatisfied People” (PPD), que expressa o percentual de pessoas não satisfeitas com esse ambiente.

Fanger estabeleceu um modelo de correlação (PMV) entre a percepção subjetiva humana, expressa através da votação numa escala de conforto que vai de -3 (muito frio) a +3 (muito quente) e a diferença entre o calor gerado e o calor libertado pelo corpo humano, ao qual corresponde a seguinte equação: PMV = (0,303e-0,036M +0,028)*[(M-W)- H - Ec - Cres - Eres] Onde, M= Nível de atividade metabólica; W = Trabalho mecânico exterior; H = Perda de calor sensível;

Ec =Troca de calor por evaporação na pele; Cres = Troca de calor por convecção na respiração; Eres = Troca de calor evaporativa, na respiração.

Para o cálculo de PPD tem-se: PPD = 100 – 95 e-(0,00353 PMV ^4+ 0,2179 PMV ^2)

A norma ISO 7730 (International Organization for Standardization) tem como objetivo apresentar um método de previsão da sensação térmica e do grau de desconforto de pessoas expostas à ambientes térmicos moderados e especificar condições de ambiente térmico aceitáveis para o conforto.

Conforme a ISO 7730, os valores recomendados de PMV estão entre -0,5 < PMV < + 0,5 e PPD abaixo de 10% para considerar o ambiente termicamente confortável. 5- Resultados e Discussão

As figuras geradas pelo modelo apresentam em torno da área de estudo a sua condição de contorno ou área de nidificação. Essa condição de contorno deverá ser desprezada na análise dos resultados uma vez que nesta área não são inseridos objetos (prédios e vegetação) e, portanto, os resultados apresentados não condizem com a realidade.

As Figura de 4 a 9 mostram o campo de temperatura potencial para a área virtual e real nos horários 9, 14 e 21h00min. Observou-se uma variação da temperatura potencial em torno de 2K somente para o horário das 21h00min.

Figura 4 – Campo de temperatura potencial da área de estudo as 9h00min

A Figura 4 mostra uma variação

espacial da temperatura de 1K, variando entre 293 e 294K.

Figura 5- Campo de temperatura potencial da área de estudo as 9h00min com a inserção de

vegetação. Na Figura 5, apesar do aumento da

vegetação no passeio, não houve variação da temperatura na área estudada que se manteve entre 293 e 294K.

Figura 6 - Campo de temperatura potencial da

área de estudo as 14h00min. Para as 14h00min (Figura 6) a variação

espacial da temperatura do ar na área foi entre 297 a 299K. A inserção de árvores via simulação não provocou alteração na temperatura (figura 7) apresentando a mesma variação da área real.

Figura 7 - Campo de temperatura potencial da área de estudo as 14h00min com a inserção de

vegetação.

Figura 8- Campo de temperatura potencial da área de estudo as 21h00min.

Figura 9 - Campo de temperatura potencial da área de estudo as 21h00min com a inserção de

vegetação.

A Figura 10 mostra a evolução da temperatura em K durante 24 horas onde observou-se que não houve alteração da temperatura para as duas situações, real e modificada.

Figura 10- Evolução da temperatura em 24h00min para a área real e a área modificada.

Nas Figuras 11 a 16 tem-se o campo de

umidade relativa para as 9, 14 e 21h00min.

Figura 11 – Umidade Relativa para área real as

9h00min. Para as 9h00min (Figura 11 e 12) a

umidade relativa esteve entre 75 e 78% para as duas situações. Observou-se uma área maior com 78% de umidade na área com acréscimo de vegetação comparativamente a área real.

Figura 12 - Umidade Relativa para área

modificada as 9h00min. As 14h00min (Figuras 13 e 14) as duas

áreas também apresentaram situações similares com umidade relativa variando entre 66 a 76% em toda a região, valor abaixo do encontrado as 9h00min.

Figura 13 - Umidade Relativa para área real as

14h00min.

Figura 14 - Umidade Relativa para área

modificada as 14h00min.

Figura 15 - Umidade Relativa para área real as

21h00min.

Figura 16- Umidade Relativa para área

modificada as 21h00min. Na figura 17 pode-se observar que a

umidade específica (g/Kg) altera-se apenas em 1% em torno de 12 a 14h00min horas não havendo, portanto modificações significativas na quantidade de vapor d’água na atmosfera.

Figura 17 – Evolução da umidade específica em

24 horas para a área real e modificada.

As Figura 18 e 19 mostram os índices PMV e PPD, respectivamente, para uma altura de 1,5m da superfície as 9h00min horas. Observou-se que, nas duas ruas principais, direção Norte, os dois índices ficaram fora da zona de conforto. O valor de PMV ficou entre 1 e 2 e o PPD foi de 70%.

Figura 18- PMV para a área real as 9h00min.

Figura 19 - PPD para a área real as 9h00min.

Nas Figuras 20 e 21,áreas modificadas,

observou-se que os dois índices representam a zona de conforto, excetuando-se alguns pontos ao longo das duas ruas principais com direç.

Figura 20 - PMV para a área modificada as 9h00min.

Figura 21 - PPD para a área modificada as

9h00min.

Para o horário das 14h00min (Figuras 22 e 23), tanto o PMV quanto o PPD ficaram bem acima da zona de conforto, ou seja, acima de 0,5 < PMV < + 0,5 e PPD abaixo de 10%.

Figura 22- PMV para a área real as 14h00min.

Figura 23 - PPD para a área real as 14h00min. Na área modificada (Figura 24) o

índice PMV ainda mostrou-se fora da zona de conforto, mas com alguns pontos ao longo da via confortáveis. O índice PPD (Figura 25) apresentou valores acima de 90% em toda a área mostrando-se também desconfortável.

Figura 24 - PMV para a área modificada as

14h00min.

S AE c e n t r o 1 4 : 0 0 : 0 0 0 1 . 0 8 . 2 0 0 8 ( c o r t e 1 . 5 m)

N

P P D

bel ow 10 %

10 to 20 %

20 to 30 %

30 to 40 %

40 to 50 %

50 to 60 %

60 to 70 %

70 to 80 %

80 to 90 %

above 90 %

Figura 25 - PPD para a área modificada as

14h00min.

Para o horário das 21h00min ( Figuras

26 a 29), as duas situações apresentaram PMV e PPD fora dos parâmetros de conforto térmico.

Figura 26 - PMV para a área real as 21h00min.

Figura 27 - PPD para a área real as 21h00min.

Figura 28 - PMV para a área modificada as

21h00min.

S AEc e n t r o 2 1 : 0 0 : 0 0 0 1 . 0 8 . 2 0 0 8 ( c o r t e 1 . 5 m)

N

P P D

bel ow 10.00

10.00 t o 20. 00

20.00 t o 30. 00

30.00 t o 40. 00

40.00 t o 50. 00

50.00 t o 60. 00

60.00 t o 70. 00

70.00 t o 80. 00

80.00 t o 90. 00

above 90.00

Figura 29 - PPD para a área modificada as

21h00min. 6- Considerações Finais

Os mesmos dados obtidos tanto para a estrutura real como para a virtual mostraram uma melhora pouco significativa no conforto térmico. Com o aumento da arborização na região (estrutura virtual) houve pouco ou nenhuma redução da temperatura, mostrando que a arborização não foi significativa para este ambiente, pois o mesmo apresenta densa área construída com intensa impermeabilização do solo. A análise dos índices de conforto térmico mostrou que com a implantação de árvores ao longo da via não modifica a sensação térmica dos pedestres e que há necessidade de estudo mais aprofundado da estrutura da cidade: direção das ruas, implantação de parques no centro da cidade, altura das construções.

7- Referências Bibliográficas BRUSE, M.;FLEER, H. Simulating Surface- Plant-Air Interactions Inside Urban Environments with Three Dimensional Numerical Model. Environmental Modelling and Software, v.13, p. 373–384, 1998. BRUSE M. 2004: ENVI-met website. http://www.envi-met.com. FANGER, P. O. Thermal comfort: analysis and applications in environmental engineering. United States: McGraw-Hill Book Company, 1972. p. 244. Gómez, F.; Tamarit, N., Jabaloyes, J. Green zones, bioclimatics studies and human comfort in the future development of urban planning. Landscape and urban planning ISSN 0169- 2001, vol. 55, no3, pp. 151-161. Jendritzky G . The atmospheric environment – an introduction. Cellular and Molecular Life Sciences (CMLS) 1993 , 49 (9):733. Lahme, E.; Bruse, M. Microclimatic effects of a small urban park in densely built-up areas: Measurements and model simulations. in: Klysik et al. (Hrsg.): Fifth International Conference on Urban Climate, Lodz, Poland, 2003, Vol.2 p.27- 276,ISB-916728-2-4.