Apresentação - Banca de Mestrado - Gabriel Novaes - FAU USP - 17/03/2020

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IMPACTOS DA MORFOLOGIA DA CIDADE NAS CONDIÇÕES MICROCLIMÁTICAS DE ÁREAS URBANAS CONSOLIDADAS DE SÃO PAULO EM DIAS QUENTES

Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo Gabriel Bonansea de Alencar Novaes Março / 2020


TÓPICOS 1. Apresentação 2. Medições 3. Simulações 4. Modelos 5. Conclusões


APRESENTAÇÃO


OBJETIVO

METODOLOGIA

Verificar qualitativa e

1.

Levantamento de dados empíricos

quantitativamente os potenciais

em medições de variáveis térmicas

impactos de diferentes tipologias de

de ambientes reais da cidade.

formações morfológicas presentes em

2.

As medições são utilizadas para

assentamentos de áreas urbanas

calibração de modelos de

consolidadas nas condições

simulação termodinâmica do

microclimáticas locais ao longo de dias

software ENVI-met.

quentes a partir de exemplos

3.

Simulação de modelos de bairros

representativos de distritos de São

de São Paulo e suas condições

Paulo.

térmicas em dias quentes.


MEDIÇÕES


Período, variáveis e equipamentos

➔ Período considerado de 07/12/2018 a 13/01/2019 ➔ Medições contínuas e permanentes ➔ Equipamentos em funcionamento desde 29/11/2018 (hobos) e 05/12/2018 (estação) ➔ Intervalos de 10 minutos

➔ 1 Estação Científicas Campbell ➔ 2 Hobos de Medições Externas ➔ Variáveis Térmicas ◆ Anemômetro Ultrassônico (velocidade e direção dos ventos) ◆ Piranômetro (radiação solar) ◆ Termohigrômetro (temperatura e umidade do ar) ◆ Termômetro de Globo (temperatura de globo)


Local

Região de uso misto predominantemente residencial de casas e sobrados geminados com quintal nos fundos. Poucas edificações mais altas pontuais se distribuem pela região.

Ponto


Subponto de controle na altura do segundo pavimento e o subponto principal na laje de cobertura acima das edificações vizinhas, desobstruído lateralmente. ➔

Laje de cobertura com visão de céu praticamente 100% desobstruída

➔ Poucos edifícios gerando obstruções, somente no quadrante sul-sudeste


Visibilidade completa do céu na maior parte do ano e dos horários. Alguns poucos elementos ocasionam mascaramento antes das 5h45 (22/11 e 21/01) e das 6h00 (22/12) e após às 18h00 em dezembro de janeiro. Em todo o período, minimamente entre 6h00 e 18h00, o ponto permaneceu exposto ao céu e à insolação direta.


13,40°C ~ 37,64°C ➔ No geral, a laje de cobertura apresentou as menores temperaturas do ar ➔ Forte aderência entre os três equipamentos. A maior diferença foi 3,7°C, representando 16,9%. No geral, as diferenças foram inferiores a 10%


16,95% ~ 96,27% ➔ A laje inferior apresentou os menores registros ➔ Na maior parte do tempo, as diferenças se mantiveram entre 6%UR e 15%UR. A maior foi de 22%, chegando a 135% de diferença relativa


SIMULAÇÕES


Período de Análise: 24 horas

Critérios de escolha do período:

6h 12/12/2018 ~ 6h 13/12/2018 Maiores números de dias Período de Simulação: 36 horas

consecutivos com condições

18h 11/12/2018 ~ 6h 13/12/2018

ensolaradas e sem chuva, Condições de céu limpo e

Período de medição: 126 horas

ensolarado,

0h 09/12/2018 ~ 6h 14/12/2018

Maiores temperaturas de ar e Período de dados: ano inteiro Arquivo Climático Aero. Congonhas

menores umidades relativas.


Período de Simulação: 18h00 11/12/2019 às 6h00 13/12/2018


Período de Simulação: 18h00 11/12/2019 às 6h00 13/12/2018


➔ Georreferenciamento ➔ Arquivo climático do Aeroporto de Congonhas ➔ Nebulosidade medida pela

Processo de Calibração

Estação Meteorológica Água Funda do IAG/USP.

22 diferentes modelos para a

➔ Resultados das medições

calibração do software, buscando o

empíricas como dados de entrada da simulação ➔ Modelo representa o local e o período de medições é realizado a fim de se obter os mesmos resultados das medições.

modelo climático com a maior acurácia possível na reprodução das condições das medições realizadas no mesmo ponto




MODELOS


2 Objetivos em 7 Premissas

1. Comparabilidade entre os

1.

somente morfologia

modelos simulados 2. Todas as diferenças de

2.

morfológicas e geométricas entre os modelos

Mesmas condições microclimáticas de borda

resultados decorrem exclusivamente das diferenças

Mesmas características, variando

3.

Mesmos materiais para calçadas, vias e solo

4.

Mesmos materiais para edifícios

5.

Modelos planos de áreas predominantemente planas

6.

Mesma localização

7.

Ausência de vegetação


1.

Áreas de uso misto, consolidadas e de ocupação regular

2.

Áreas densamente ocupadas e densamente povoadas.

5 modelos

3.

Topografia praticamente plana

4.

Aspectos morfológicos e geométricos diferentes

Regiões de uso misto, localizadas no centro expandido de São Paulo,

5.

consolidadas 6.

entre a região central, a Zona Sul e a Zona Oeste

Formações morfológicas urbanas

Relações similares de superfícies de piso (asfalto e concreto)

7.

Vias predominantemente em direções similares

8.

Variando entre edifícios espaçados entre si e edifícios geminados


Aspectos Geométricos e Construtivos

Geometria dos modelos reproduz

1.

em área de 500 x 500m

a geometria existente no local ➔

Caracterização qualitativa e quantitativa por fatores numéricos para características qualitativas.

Área de edificações com 400 x 400m,

2.

Dimensões das edificações do Mapa Digital da Cidade de SP

3.

Caracterização geométrica por: alturas e áreas de projeção das edificações,

Padronização dos materiais de

fator altura / largura (H/W), Fator de

paredes de fachadas e coberturas

Visão de Céu (FVC), Taxa de Ocupação

das edificações com propriedades

(TO), Volumetria, Coeficiente de

físicas e térmicas dos materiais

Aproveitamento (CA), Fator Altura /

conforme NBR 15.220-2, PBE

Área de Projeção (A / Aproj)

Edifica, LABEEE, 2017


Aspectos Climáticos

➔ Arquivo Climático Aer. Congonhas ➔ Medições (Tar, UR, Var, Dir. Vento)

1. Temp. do Ar e Umid. Relativa inseridas em períodos de 30 minutos conforme medições. 2. Velocidade e Direção do Vento

➔ Nebulosidade Nula

constantes (2,20 m/s e 138,7°)

➔ Modelo Atmosférico do

conforme média ponderada

ENVI-met

das medições empíricas. 3. Nebulosidade nula, isto é, condição de céu 100% limpo


Modelo 1 Mirandópolis Região razoavelmente plana Área praticamente sem verticalização Predomínio de casas e sobrados geminados nas laterais com recuos frontais e quintais nos fundos. Algumas poucas torres


Modelo 2 Ipiranga Região razoavelmente plana Traçado quadrangular homogêneo Mescla entre casas e sobrados e edificações altas dispostas de forma independente no terreno Casas e sobrados geminados


Modelo 3 Moema Região plana Área aparentemente muito verticalizada Há muitas edificações altas em formato de torre, mas há ainda muitas edificações baixas, como casas e sobrados, pequenos estabelecimentos comerciais, geminados


Modelo 4 Itaim Bibi Região plana Área praticamente totalmente verticalizada Há resquícios de sobrados e pequenos estabelecimentos comerciais com 1 a 3 pavimentos Há embasamentos de 1 pavimento sob as torres


Modelo 5 República Região plana Área totalmente verticalizada Edificações de médio e grande porte com alturas variadas Edificações geminadas lateralmente, sem recuos frontais e laterais


CONCLUSÕES



Resultados

➔ As condições morfológicas do espaço urbano trazem efeitos na forma como ao espaço urbano cria condições de permeabilidade ou obstrução à exposição ao céu e ao sol e à passagem e circulação dos ventos. ➔ As massas construídas alteram a emissão de radiação de onda longa no período noturno, e podem aumentar ou reduzir a reflexão de radiação ➔ A morfologia urbana altera as quantidades de radiação solar incidente, radiação difusa e refletida recebidas pelo espaço, inclusive no período noturno, a velocidade dos ventos e, por consequência, a Temperatura do Ar, a Temperatura Radiante Média, a temperatura de globo, a umidade relativa e quaisquer índices de conforto térmico.


Resultados

Os modelos com menores verticalização e volume construído e maiores valores de fator de visão de céu foram os que apresentaram as maiores temperaturas do período diurno. Houve uma diferença máxima de temperatura de aproximadamente 1,5°C entre os modelos.

O modelo mais adensado foi o que apresentou a menor temperatura diurna, justamente por sua configuração de cânion urbano, ocasionando maior sombreamento dos espaços urbanos abertos.

Os modelos mais verticalizados e com maior volumetria construtiva apresentam as maiores temperaturas noturnas, o que se deve principalmente ao maior acúmulo de calor nas massas construídas e ao aprisionamento de calor pela reflexão de radiação no cânion urbano


Resultados

Quanto menos adensados os modelos, mais responsivos às variações de temperatura devido à maior exposição à radiação solar direta durante o dia e à menor emissão de radiação de onda longa.

Os modelos com menor variabilidade de alturas foram os que apresentaram maior homogeneidade espacial das temperaturas do ar. Em modelos com maior variabilidade de alturas, a diferença de temperatura chega a 3,3°C.

A variabilidade de alturas ocasiona condições diferenciais de sombreamento e exposição ao sol, e zonas de baixa e alta pressão de ventos, permitindo maior variabilidade das condições térmicas dos espaços urbanos abertos.

As maiores diferenças de resposta entre os modelos dizem respeito às diferentes condições de TRM, cuja diferença máxima chega a 2,2°C entre os modelos.


Resultados

É natural ainda que o posicionamento e a geometria das edificações alterem as direções e as velocidades de circulação dos ventos.

Modelos com maiores espaçamentos entre edificações e variabilidades de alturas foram os mais permissivos à circulação dos ventos, permitindo velocidades de ventos que chegam a ser o dobro de outros modelos.

A boa circulação dos ventos torna o ambiente mais suscetível também às variações da Temperatura do Ar, o que auxilia na retirada de calor e, por consequência, no período noturno com condições mais amenas.

A circulação do vento impacta as condições de Temperatura do Ar (Tar), Temperatura Radiante Média (TRM) e Temperatura Equivalente Percebida (TEP)


Resultados

Há uma diferença de até 2,5°C nos valores de TEP entre os modelos, sendo que fica nítido que os modelos menos adensados apresentaram as condições noturnas mais amenas de calor

O Ipiranga foi o modelo que apresentou melhor desempenho quanto à TEP, o que se justifica por uma série de fatores: ◆

distribuição das edificações mais altas no terreno,

grande variabilidade de alturas das edificações

traçado viário regular e quadrangular, com vias norte-sul e leste-oeste que permitem uma circulação mais eficiente dos ventos advindos de sudeste

alternância das alturas e distribuições das edificações no Ipiranga permite uma alternância nas condições de insolação e sombreamento.


ASPECTO MORGOLÓFICO

AUMENTO OU REDUÇÃO

PARÂMETROS URBANÍSTICOS ASSOCIADOS

EFEITOS IDENTIFICADOS

VOLUMETRIA E DENSIDADE CONSTRUÍDA

Área Total Construída (↑) CA (↑) TO (↑) Volume Total Construído (↑)

Menor suscetibilidade às variações térmicas diárias, com menor amplitude térmica.

FVC (↓) Fator H/W (↓)

Maior quantidade de radiação emitida pelas superfícies e edificações (onda longa) no período noturno devido ao maior acúmulo de calor pelas massas construídas.

Maior quantidade de espaços sombreados com mascaramento de céu e obstrução à exposição ao céu e ao sol, com menor quantidade de radiação solar direta nos espaços.

Menor permeabilidade à passagem dos ventos, com menores velocidades. Menores valores de temperatura de ar, Temperatura Radiante Média, radiação incidente e Temperatura Equivalente Percebida no período diurno. Maiores valores de temperatura de ar, Temperatura Radiante Média, radiação incidente e Temperatura Equivalente Percebida no período noturno. ↓

FVC (↑) Fator H/W (↑) Área Total Construída (↓) CA (↓) TO (↓) Volume Total Construído (↓)

Maior suscetibilidade às variações térmicas diárias, com maior amplitude térmica. Maior quantidade de espaços expostos ao céu e ao sol, com maior quantidade de radiação solar direta nos espaços. Menor quantidade de radiação emitida pelas superfícies e edificações (onda longa) no período noturno. Maior permeabilidade à passagem dos ventos, com maiores velocidades. Maiores valores de temperatura de ar, Temperatura Radiante Média, radiação incidente e Temperatura Equivalente Percebida no período diurno. Menores valores de temperatura de ar, Temperatura Radiante Média, radiação incidente e Temperatura Equivalente Percebida no período noturno.


ASPECTO MORGOLÓFICO

AUMENTO OU REDUÇÃO

PARÂMETROS URBANÍSTICOS ASSOCIADOS

VERTICALIZAÇÃO

Altura máxima dos edifícios (↑) Altura média dos edifícios (↑) Fator H/Aproj (↑) Fator H/W (↑) Perfil de alturas dos edifícios (↑)

EFEITOS IDENTIFICADOS

Aumento do sombreamento sobre os espaços urbanos abertos. Maior heterogeneidade de condições de Temperatura do Ar, insolação e radiação. Maior efeito de cânion urbano, com efeitos de canalização de ventos, aprisionamento de calor, etc. Criação de zonas de alta e baixa pressão que beneficiam a circulação diferencial de ventos entre os espaços, que auxilia a retirada de calor.

Perfil de áreas de projeção (↓) Sombreamento dos edifícios uns sobre os outros.

Perfil de áreas de projeção Aumento das áreas com acesso desobstruído ao sol e ao céu. (↑) Maior homogeneidade de condições de Temperatura do Ar, insolação e radiação. Altura máxima dos edifícios (↓) Altura média dos edifícios (↓) Fator H/Aproj (↓) Fator H/W (↓) Perfil de alturas dos edifícios (↓)

Maiores velocidades de ventos a menores alturas. Menos obstáculos à passagem dos ventos e ao acesso ao sol. Maior insolação generalizada dos espaços abertos, das coberturas e fachadas das edificações.


ASPECTO MORGOLÓFICO

AUMENTO OU REDUÇÃO

VARIABILIDADE DE ALTURAS DAS EDIFICAÇÕES

PARÂMETROS URBANÍSTICOS ASSOCIADOS

EFEITOS IDENTIFICADOS

Desvio padrão das alturas Criação de áreas de insolação e áreas de sombreamento nos diferentes espaços (↑) urbanos. Perfil de alturas dos edifícios (-)

Maior heterogeneidade de condições de Temperatura do Ar, insolação e radiação. Redução dos efeitos de cânion urbano, reduzindo efeitos de canalização de ventos, aprisionamento de calor, etc. Criação de zonas de alta e baixa pressão que beneficiam a circulação diferencial de ventos entre os espaços, que auxilia a retirada de calor.

Perfil de alturas dos edifícios (-)

Padronização da condição de insolação e sombreamento dos espaços, seja para a insolação, seja para o sombreamento.

Desvio padrão das alturas Maior homogeneidade de condições de Temperatura do Ar, insolação e radiação. (↓) Em caso de edificações altas, maximização dos efeitos de cânions urbanos. Circulação mais rápida e unidirecional dos ventos, que pouco variam de direção, altura e velocidade, passando sobre as edificações ou entre as mesmas, reduzindo a capacidade de retirada de carga térmica.


ASPECTO MORGOLÓFICO

AUMENTO OU REDUÇÃO

PARÂMETROS URBANÍSTICOS ASSOCIADOS

LARGURAS DAS VIAS E AFASTAMENTO DAS EDIFICAÇÕES

Fator de Visão de Céu (↑) Recuos (↑) Fator H/W (↓) Alinhamento frontal (↓)

EFEITOS IDENTIFICADOS

Criação de áreas de insolação e áreas de sombreamento nos diferentes espaços urbanos. Maior heterogeneidade de condições de Temperatura do Ar, insolação e radiação, majoritariamente maiores no período diurno e menores no período noturno. Redução dos efeitos de cânion urbano, reduzindo efeitos de canalização de ventos, aprisionamento de calor, etc. Maior permissividade à circulação dos ventos advindos de quaisquer direções, maximizando a retirada de carga térmica. Criação de zonas de alta e baixa pressão que beneficiam a circulação diferencial de ventos entre os espaços, que auxilia a retirada de calor.

Fator H/W (↑) Alinhamento frontal (↑) Fator de Visão de Céu (↓) Recuos (↓)

Maior sombreamento dos espaços urbanos abertos. Maior homogeneidade de condições de Temperatura do Ar, insolação e radiação, majoritariamente mais baixas no período diurno e mais altas no período noturno. Em caso de edificações altas, maximização dos efeitos de cânions urbanos. Circulação mais rápida e unidirecional dos ventos, que pouco variam de direção, altura e velocidade, canalizados nos cânions urbanos, com maior probabilidade de gerar velocidades de ventos que causem desconforto.


➔ Diretrizes de planejamento para ordenamento do crescimento urbano futuro ➔ Soluções para futuros

Desdobramentos Futuros

empreendimentos ➔ Analisar demais modelos de tipologias urbanas ➔ Análise de modelos em outras situações climáticas ➔ Análise dos efeitos térmicos em função da variação de índices urbanísticos


OBRIGADO! gabrielalencarnovaes@gmail.com gabrielalencarnovaes@hotmail.com