mapeamento de variÁveis do ambiente construÍdo … · térmicas e a rugosidade desse ambiente...
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A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO
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MAPEAMENTO DE VARIÁVEIS DO AMBIENTE CONSTRUÍDO ENQUANTO CONTRIBUIÇÃO PARA FORMAÇÃO DE CAMPOS TÉRMICOS DIFERENCIADOS
NA REGIÃO CENTRAL DO MUNICIPIO DE JUIZ DE FORA-MG.
Débora Couto de Assis¹ Franciele de Oliveira Pimentel²
Cássia de Castro Martins Ferreira³
Resumo: Os elementos constituintes do urbano criam um campo térmico específico e formam
microclimas diferenciados que por sua vez, podem reduzir a qualidade de vida dos
citadinos.As formas urbanas redesenham o meio, como pode ser observado na densidade e
geometria das verticalizações que tornam a superfície cada vez mais rugosa, influenciando na
circulação do ar, no transporte de calor e vapor d’água e na existência de áreas sombreadas
devido às barreiras formadas pelas edificações.Deste modo o objetivo deste trabalho consiste
em mapear a massa construída, albedo e emissividade, enquanto contribuição para formação
de campos térmicos na região central de Juiz de Fora.
Palavras-chave: Ambiente construído, Termal,Matérias urbanos.
Abstract The Urban constituent elements create a specific thermal field and form different microclimates that in turn can reduce the quality of life of the urban population. The urban environment redesign forms, as can be observed in the density and geometry of verticalizations that make increasingly rough surface, influencing the air flow in the transport of heat and water vapor and in the presence of shaded areas due to the barriers formed by the buildings. Thus the aim of this study is to map the built mass, albedo and emissivity, as a contribution to formation of thermal fields in the central region of the city of Juiz de Fora. Key-words: Built environment, Thermal, Urban Materials. 1 – Introdução
A partir da segunda metade do século XX, o Brasil vivenciou uma acelerada
transição urbana por meio do processo de industrialização, o que culminou no
aumento da proporção da população em relação ao espaço físico urbano visto que,
para comportar este grande contingente de pessoas, as cidades foram tomando
maiores dimensões, muitas vezes sem qualquer tipo de planejamento prévio. Deste
modo, o crescimento das cidades está relacionado maior adensamento construtivo,
derivado de um maior número de moradias, redes de serviços, sistemas de
circulação que associados a uma desordenada ocupação da terra, resulta na
permuta do ambiente natural por ambientes cada vez mais artificializados. Com o
avanço da urbanização as edificações tomaram conta do ambiente, essa
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transformação da paisagem traz consequências para o clima urbano. Neste sentido
com a ampliação das construções temos de imediato o aumento da massa
construída, a qual é responsável pelo atraso da perda de calor para o meio. Isso se
deve as propriedades relacionadas com a inércia térmica, que por sua vez faz com
que as edificações armazenem parte do calor durante o dia e dissipe-o à noite. Mais
especificamente essa retenção do calor está relacionada com as propriedades
térmicas e a rugosidade desse ambiente construído. Tso et al. (1990) afirmavam que
existe uma relação direta da entre o acréscimo da massa construída, a redução nas
perdas térmicas convectivas e o aumento de temperatura nos centros urbanos. Além
da inércia térmica desempenhada pelo material de construção das edificações, estas
atuam como barreiras físicas para a circulação do ar, formando os chamados
canyons urbanos.
Dentro da infinidade de elementos que influenciam o clima urbano, existe o
saldo da radiação que desempenha uma função essencial na troca de calor e de
massas com a troposfera uma vez que é o principal responsável pelo aquecimento
do ar e da superfície, sendo assim é de fundamental importância conhecer as
propriedades dos materiais que constitui o meio. Uma delas é o albedo (refletância),
o qual o é uma propriedade física que os corpos possuem e caracterizam-se pela
capacidade que os corpos apresentam de refletir a radiação solar que incide sobre
eles, e esta pode variar de acordo com a cor e constituição que o corpo apresenta,
sendo que a reflexão máxima ocorrerá nos corpos de cor branca e o mínimo nos de
cor preta, podem variar também de acordo com a inclinação (ou obliquidade) dos
raios solares, ou seja, quanto maior essa inclinação, maior será o albedo.
De acordo com Ferreira & Assis (2014, p.204):
Aplicando a Lei de Stefan-Boltzman, que estabelece que a energia emitida por um corpo seja proporcional a quarta potencial de sua temperatura absoluta, podemos afirmar que a redução da temperatura de um material presente na superfície urbana repercutiria em uma diminuição da radiação infravermelha emitida por ele, ocasionando em uma redução no transporte de calor entre a superfície e a atmosfera.
Outra propriedade que os materiais que constituem com meio urbano tem é a
emissividade, define qual é a resposta térmica definida pela o pela temperatura
superficial. A emissividade é a capacidade de um objeto emitir radiação, sendo que
esta pode assumir o valor de 0 (refletida por um espelho) a 1,0 (corpo negro). Dessa
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forma o albedo e a emissividade dos materiais das edificações estão diretamente
relacionados com a realidade térmica do urbano. Ou seja, quanto menor o Albedo e
a Emissividade maior será o potencial daquela superfície em se aquecer e transmitir
calor para o ar, em contrapartida quanto maior o albedo e a emissividade do material
menor de será o desempenho do mesmo para absorver a radiação, assim emitira
mesmo calor para o meio.
Neste sentido o objetivo deste trabalho consiste em mapear a massa
construída, albedo e emissividade, enquanto contribuição para formação de campos
térmicos na região central de Juiz de Fora
2 – Desenvolvimento
2.1. Caracterização da área de estudo
A área de estudo está inserida no município de Juiz de Fora, localizado na
Zona da Mata do estado de Minas Gerais, mais precisamente nas coordenadas
geográficas 21° 45' 50" S e 43° 21' 00" W. O município possui uma área de 1.435,66
km2 e uma população de 517.872 habitantes (IBGE, Censo Demográfico, 2010).
A área de estudo consiste em 12 regiões urbanas na área central de Juiz de
Fora, e estas são Altos dos Passos, Centro, Granbery, Jardim Glória, Manoel
Honório, Mariano Procópio, Morro da Gloria, Nossa Senhora Aparecida, Paineiras,
Poço Rico, Santa Helena e São Mateus. A localização das regiões me estudo pode
ser observada na Figura 1, a seguir.
Figura 1 - Localização da área de estudo.
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2.2. Metodologia
A execução do trabalho se deu através de quatro etapas e estas são:
levantamento bibliográfico, Mapeamento das variáveis dos materiais do meio urbano
(Albedo,Emissividade e Massa construída), processamento digital das Imagens
Termais e análise das informações conferidas e mapeadas relacionando-as.
Primeiramente foi realizado um levantamento bibliográfico, buscando um
embasamento teórico e conhecimento a respeito das metodologias utilizadas na
realização deste tipo de estudo.
Em seguida para o mapa de massa construída ultilizou-se a camada de lotes e
tabelas com informações da unidade, para isto o shape e as tabelas foram
adicionadas no ambiente Arcmap, e dentro do mesmo foi realizado joins entre a
camada e as tabelas buscando ligar a informação da unidade a cada lote, permitindo
verificar quantos pavimentos o imóvel possui, além de aferir a área e o perímetro do
lote, destaca-se que o levantamento da prefeitura não considera os pavimentos de
estacionamentos, sendo assim este mapa pode subestimar o número de pavimentos
em algumas unidades. Em seguida aplicou-se o modelo de Tso et al. (1990) no qual
a massa construída consiste de um plano homogêneo, avolumétrico, que pode ser
calculado através da seguinte equação:
MC = Vct x c Af
Onde:
a= densidade de alvenaria (tijolos furados)= 1300Kg/m³ Vct = Volume do concreto (m³) Af = área total da fração urbana (m²) Primeiramente deve-se calcular o volume de alvenaria das construções por unidade de terreno (Vct) através da equação seguinte:
Vct = (Per x h x Ec1) + (Apr x NL x Ec2 )
Onde:
Per = perímetro da edificação (m) h = altura da edificação (m) Ec1 = Espessura média de alvenaria nas construções, adotado como 0,20 m. para as paredes externas. Apr = projeção da edificação (m²) NL = número de lajes +1 Ec2 = Espessura média da laje, adotado como 0,10 m.
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Para o cálculo da massa construída, Tso et al. (1990) admiti-se que essa seja
constituída, exclusivamente, de alvenaria, já que as suas características térmicas
são similares às de outros materiais de construção.
Enfim para o mapa de Albedo e Emissividade fez-se o mesmo procedimento,
porém utilizou-se dos dados do campo da tabela relacionado à cobertura unidade,
ou seja, de que material é constituído a cobertura do imóvel, dentro de cada lote,
ressaltando que se considera que o lote seja completamente coberto por aquele
material sendo que na realidade isto nem sempre ocorre, por isto a área visualizada
como cobertura poderá ser superestimada em alguns casos. Os tipos de cobertura
podem ser classificados como: Fibrocimento, Telha Cerâmica, Telha metálica e laje,
“Não se aplica” e “Não cadastrado”, a partir desta classificação foi feita uma
correlação com os valores das materiais de acordo com os dados de albedo de
Ferreira e Prado (2003), chegando a uma espacialização de uma estimativa do
albedo e emissividade de cada lote dentro da Região Central, desta forma foi
possível correlacionar densidade construída, os valores de albedo, emissividade, a
arborização e as superfícies d’água com as temperaturas registradas em cada área.
Para o mapeamento da temperatura de superfície, foram utilizadas as bandas
10 e 11, da mesma imagem Landsat 8 do dia 13 de Fevereiro de 2015, utilizando a
ferramenta raster calculator, presente no software ArcGis, onde foram
implementadas as equações (1) e (2).
Os fundamentos do sensoriamento remoto termal são embasados na
termodinâmica clássica que apresenta equações que permitem estabelecer uma
relação entre a radiância espectral presentes em imagens do satélite Landsat 8 com
valores temperaturas, permitido assim o monitoramento termal de uma determinada
região através da medida indireta de radiação.
A equação 1 mostra a relação entre a radiância espectral e temperatura:
(1)
Em que:
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representa a temperatura que não leva em consideração os aspectos da
atmosfera terrestre em Kelvin, ou seja, a temperatura vista do satélite e não a que
realmente esta na superfície da terra;
e representa as constante de calibração das imagens,
, representa a operação de logaritmo neperiano
a radiância espectral em que é dado pela equação 2:
)*( )+ (2)
Em que:
e representa a radiância espectral máxima e mínima, respectivamente
com e ,
e representa o valor máximo(255) e mínimo(1) do pixel na escala de
cinza;
representa o valor quantizado e calibrado do pixel analisado.
3 - Resultados
Como resultado constatou-se diferentes registros de temperaturas da
superfície, como se observa no figura 5, as quais podem estar sendo influenciados
pelo comportamento do albedo, emissividade e massa construída, pois quanto
menor o Albedo e a Emissividade maior será o potencial daquela superfície em se
aquecer e, em contrapartida quanto maior o albedo e a emissividade do material
menor será o desempenho do mesmo para absorver a radiação, assim emitirá
menos calor para o meio.
A temperatura de superfície variou cerca de 10°C dentro da região central de
Juiz de Fora, isto revela nitidamente a diferenciação de campos térmicos,
relacionados evidentemente com os materiais que cobrem a superfície além de
outros fatores determinantes na geração do clima urbana, mas que não foram
analisados nesse trabalho..
A partir da figura 2, observa-se que existe heterogeneidade na distribuição
dos tipos de cobertura das edificações, mas há de se destacar que a região central
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constitui-se em sua maioria de materiais de baixíssimos valores de albedo, sendo
que em algumas localidades esta ocorrência é ainda mais acentuada,
caracterizando áreas de maior absorção de calor, e por conseqüência áreas mais
quentes. Este fato pode ser observado dentro da região urbana centro, em que as
coberturas são predominantemente constituídas por laje revestida por cimento
colorido cinza escuro, que possui albedo com valor de 0,26, considerado baixo
albedo, consequentemente são áreas que apresentam grande absorção de calor.
Em relação a emissividade, observa-se na figura 3 a presença de
coberturas metálicas que segundo Gartland (2010) podem chegar a uma
temperatura de até 57,90 C sob o sol e um albedo de 0,57, estas mesmo
apresentando um albedo mais alto, alcança uma temperatura elevada em função da
baixa emissividade.
Com relação a massa construída observa-se na figura 4, que a região
central concentra unidades com altos valores de massa construída, em algumas
regiões, como São Mateus por se tratar de área que conta com uma
legislação que limita o número de pavimentos de cada edificações possui uma
massa construída um pouco menos elevada.
Outra questão relevante é a presença de vegetação em algumas regiões da
área de estudo as quais podem contribuir, em intensidades diferenciadas, para a
melhoria da ambiência urbana sobre diversos aspectos: amenizar a radiação solar
na estação quente e modificar a temperatura e a umidade relativa do ar do recinto,
através do sombreamento que reduz a carga térmica recebida pelos edifícios,
veículos e pedestres; modifica a velocidade e direção dos ventos; interferir, quando
em grande quantidade, na frequência das chuvas; através da fotossíntese e da
respiração reduzindo a poluição do ar (MASCARÓ, 1990). A vegetação atua na
atmosfera intra-urbana, funcionando como termoregulador, modificando o albedo
das superfícies, já que interfere na radiação recebida durante o dia e perdida
durante a noite (MASCARÓ, 1990).
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Figura 2 – Mapa de tipo de materiais e albedo da cobertura da superfície.
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Figura 3 – Mapa de tipo de materiais e emissividade da cobertura da superfície
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Figura 4 – Mapa de Massa Construida
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Figura 5 – Mapa de Temperatura da superfície da região central de Juiz de Fora.
5 - Considerações finais
Porém verifica-se a necessidade da aplicação deste estudo em outros
períodos do ano e em diferentes áreas, a fim de se analisar qual será o
comportamento existente. O geoprocessamento se revelou uma execelente
Temp.(°C)
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ferramenta sendo muito eficiente na identificação das zonas termais, além de
possibilitar o mapeamento de variáveis salutares na manutenção dos campos
térmicos, facilitando a tabulação, espacialização e análise dos dados da área em
estudo. Porém deve-se considerar a importância da realização das medições em
campo, pois além de demonstrarem a real situação térmica de determinadas área,
permitem a observação da paisagem tornando os resultados encontrados ainda
mais claros, o que contribui nos desdobramentos e desenvolvimento do
trabalho futuramente.
Espera-se que o presente trabalho tenha contribuído para o conhecimento da
realidade térmica verificada na região urbana do centro, servido assim como
subsídios para o planejamento e gestão da cidade, pelos órgãos governamentais e
não governamentais, para que desta forma a população tenha um ambiente mais
confortável para se viver ou ao menos, menos desconfortável, proporcionando mais
saúde e qualidade de vida. Além de proporcionar o compartilhamento do
conhecimento a respeito da utilização de algumas técnicas em estudos de clima
urbano.
Referências Bibliográficas
FERREIRA,C.C.M;ASSIS,D.C.. Capitulo 11 - O mapeamento do albedo e analise de
sua influencia na caracterização de microclimas de áreas urbanas.In SILVA,A.C.;
FIALHO,E.S.; STEINKE,E.T. (Orgs). Experimentos em Climatologia
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FERREIRA, F. & PRADO, R. Medição do albedo e análise de sua influência na
temperatura superficial dos materiais utilizados em coberturas de edifícios no Brasil.
São Paulo: Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP,2003.
IBGE. Censo Demográfico 2010. Disponível em:
<http://www.censo2010.ibge.gov.br>. Acesso: Dezembro/2014.
GARTLAND, L. Ilhas de calor: como mitigar zonas de calor em áreas urbanas. São
Paulo: Oficina de textos, 2010.
MASCARÓ, L.R. Luz, clima e arquitetura. 3 ed. São Paulo: Nobel, 1990.
TSO, C. P. et al. An improvement to energy balance model for urban thermal
environment analysis. Energy and Buildings, no. 14, 1990, p. 143-152.
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