Em 1989 foi divulgado pela WMO - World Meteorological Organization o documento Urban Design in Different Climates, da autoria de Baruch GIVONI5. O autor aponta a contradição entre exigências para manter um microclima adequado no
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interior dos edifícios e aqueles necessários aos espaços exteriores, como por exemplo, o uso de cores claras nas fachadas para reduzir os ganhos de calor versus a necessidade de reduzir o ofuscamento nas ruas. “A lot of research has been done on human responses to the thermal environment and human comfort, as functions of the ambient climatic conditions. Most of this research was done in relation to the indoor thermal environment and only relatively few studies have dealt with human responses and specially comfort, outdoors. In dealing with urban design, as distinct from building design, the main interest is in comfort an stress as they are experienced by people working outdoors, pedestrians in the streets, people staying in public parks, etc.” (GIVONI, 1989, p.1-6)
Sobre as técnicas de pesquisa GIVONI (1989, p.2-9) lembra que os efeitos de detalhes específicos de desenho urbano em variáveis climáticas têm sido estudados por vários pesquisadores, experimentalmente ou por simulação matemática. “An alternative approach to the study of the impact of design on the urban climate and its modification is to study the effect of specific urban design features on specific elements of the urban climate. Some of these effects can be studied in a laboratory setup, either analytically, experimentally, by computer simulation or numerical calculations.” Givoni chama atenção para a distinção entre os modelos matemáticos na camada-limite urbana e na camada no nível das coberturas.
Givoni é um dos poucos autores a abordar as dificuldades de se trabalhar em climas compostos com mais de uma estação termicamente estressante, e menciona o caso do clima de monções, com duas estações quentes que provocam stress térmico: uma quente e seca, outra quente e úmida, como na região Centro-Oeste do Brasil. O autor também lembra que “at temperatures below 33ºC (under sedentary activity), increasing air velocity reduces the heat sensation due to the higher convective heat loss from the body and lowering of the skin temperature. At temperatures between about 33ºC and 37ºC air velocity does not affect significantly the thermal sensation. At environmental temperatures above about 37ºC increased air velocity actually increases the thermal sensation of heat although it still reduces the skin wetness and so might be desirable.” (GIVONI, 1989, p.1-8)
Para GIVONI (1989), através de um conjunto de medidas ou de ações relacionadas ao planejamento da cidade e ao tratamento dos espaços públicos é possível criar um microclima que nunca existiu nas condições naturais. Em áreas densamente ocupadas a maior parte das trocas por radiação se dá nas superfícies das coberturas e não ao nível do solo ou nos fechamentos verticais. Garantindo que as coberturas tenham cores claras é possível se chegar a um balanço de radiação negativa: a perda de radiação de ondas longas pode exceder substancialmente a radiação solar absorvida, mesmo num dia claro de verão. Sob essas condições a temperatura média das coberturas vai ser menor do que a temperatura do ar regional. Como o ar frio é mais denso que o ar aquecido, ele desce para as ruas da cidade; se esta é de grandes proporções e com ocupação densa, pode-se dizer que é possível alcançar uma temperatura do ar durante o dia no nível da rua menor do que no entorno não construído.
Em relação à largura das ruas, as mais estreitas proporcionam maior sombreamento para os pedestres nas calçadas; no entanto, a sombra pode ser obtida mesmo em ruas mais largas, com a adoção de alguns dispositivos nos edifícios ou pela vegetação, o
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que se torna imprescindível em determinados tipos de clima nas largas avenidas necessárias ao escoamento do tráfego. “In a hot-dry region the provision of shade in the streets in summer is one of the major design means for minimizing the heat stress of people walking in the street.(...) The orientation of the streets also determines in practice the orientation of the individual lots into which the area is subdivided and consequently it greatly affects the orientation of the buildings. (…)Protection against sun for pedestrians on the sidewalks is very desirable in hot dry regions. It can be provided by buildings with overhanging roofs, or colonnades in which the ground floor is set back from the edge of the road, with the upper stories jutting out, supported by pillars (or other means).” (GIVONI, 1989, p.6-18,20) Além disso, por causa do período chuvoso, deve-se sempre levar em consideração no projeto de edifícios e de espaços urbanos a mobilidade dos usuários durante as chuvas quase diárias em alguns locais, a necessidade de aumentar a absorção de água das chuvas e aumentar o período de drenagem. Como boa parte da superfície urbana não está sujeita a tráfego pesado, como estacionamentos, as áreas para pedestres podem ser cobertas com pavimento permeável, como blocos vazados, brita, etc, com vegetação rasteira. Uma camada de areia e pedregulho sob os blocos pode aumentar a área de infiltração acima da superfície dura, aumentando a grau de absorção de água no solo (GIVONI, 1989, p.7-9)
Givoni lembra que há melhor ventilação nas ruas quando elas são paralelas ou inclinadas em até certo ponto na direção dos ventos predominantes durante o período da tarde, quando a temperatura do ar atinge seu máximo. Porém, é imprescindível se estudar o não comprometimento da ventilação dos edifícios, especialmente em climas quentes e úmidos; a melhor posição pode ser induzida pela divisão dos lotes. Com a orientação oblíqua ao vento predominante o vento penetra na cidade e os edifícios ficam expostos à pressão positiva e negativa, forçando a circulação (GIVONI, 1989, p.7-12) “This street orientation thus provides a good potential for natural ventilation of the buildings while at the same time provides also good ventilation in the streets. It is desirable mainly in high density residential zones.” Givoni aborda a compatibilidade entre verticalização, alta densidade ocupacional e manutenção da ventilação em áreas urbanas: “In neighborhoods with high rise apartment buildings, higher overall urban densities (total Floor Area Ratio) can be maintained with adequate potential for natural ventilation. Reasonable distances between the building blocks should be insured, and long buildings should not form ‘walls’ perpendicular to the wind direction. The wind can then ‘negotiate’ between the buildings so that the potential for natural ventilation exists. (...) In a planned neighborhood the distances between buildings are often controlled by setback regulations. Such regulations are tools for preventing harmful consequences of the economic pressure to increase urban density beyond certain limits. From the climatic viewpoint the distances between buildings affect the solar and wind exposure of the walls. The actual effect depends on the direction (orientation) of the space between the buildings. However often setback regulations do not take into account the orientation of the building.” (GIVONI, 1989, p.6-11)
Quanto mais altos os edifícios e menor a distância entre eles, menor a quantidade de radiação solar que atinge as ruas e demais áreas entre os edifícios. Isso deve ser contrabalançado com as vantagens de se ter mais área exposta de solo natural para absorção de água da chuva, ventilação no nível da rua, etc. Givoni lembra também
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que “the higher and more dense the built-up area is, the slower is the rate of nighttime cooling off. This is one of the major factors causing the urban ‘heat island’...” (GIVONI, 1989, p.2-5) Dentre outros fatores, a necessidade de se reduzir os custos com infra-estrutura urbana leva aos incentivos para aumentar a densidade de ocupação nas cidades. “Thus the reality of modern urbanization leads to higher densities than is the case in traditional settlements but, with suitable urban and building’s design details, this should and could be accomplished with minimum worsening of the environmental quality. An urban configuration to be avoided as much as possible in hot humid regions is that of high long buildings, of the same height, perpendicular to the prevailing wind direction. (...) An urban profile of variable buildings, where buildings of different heights are placed next to each other, and when the long facades of the buildings are oblique to the wind, enhances the urban ventilation. (...) ...the best urban climate conditions exists in a hot humid climate when that density is obtained with high narrow buildings (“towers”), placed as far apart from each other as is consistent with the given density.(...) Encouraging urban development with buildings of different height next to each other, thus improves the urban ventilation.(...) When high narrow buildings are placed relatively far apart, they do not reduce the air speed near the ground level.(...) In fact such buildings can increase appreciably the low level air speed, thus improving the ventilation potential for lower buildings between them in the streets.” (GIVONI, 1989, p.7-12,13,17)
Em seu último livro, comentando os modelos de clima urbano existentes, GIVONI (1998, p.281-282) acha conveniente substituir o parâmetro população por densidade construída, por esta apresentar uma relação causal mais forte com o aquecimento urbano. A densidade de diferentes áreas construídas na cidade afeta os microclimas pontualmente e, pelo seu efeito cumulativo, determina a modificação do clima regional pela urbanização. Para o autor, a fração de solo coberta pelos edifícios é um fator relevante para se avaliar o efeito climático da urbanização.