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ObservaKse que é tão importante definir os modelos quanto determinar o seu modo de utilização. Ainda há questões em relação à avaliação do clima urbano que devem ser respondidas para que o seu estudo seja útil aos arquitetos e planejadores.

A escolha das variáveis urbanas trabalhadas nos modelos é adequada, trabalhando com aspectos típicos do planejamento urbano tais como razão de aspecto das vias e dos edifícios, taxa de ocupação (com outras denominações, mas em essência o mesmo resultado) e características dos materiais. Porém, duas outras questões se colocam.

Figura 3.51: Exemplo de simulação com convergência pobre (10-3) Figura 3.52: Exemplo de resultados para simulação com o pátio com contornos e vetores

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Modelos de clima urbano

A primeira delas é como avaliar o resultado final e, a partir daí, propor alterações que causem melhorias nas condições climáticas. Assis (2000) propõe a composição de modelos climáticos com índices de conforto, o que pode ser adequado para o tratamento do conforto para pedestres e usuários do espaço externo. Isso demandaria, além da temperatura do ar, outras variáveis que também são fornecidas adequadamente por alguns dos modelos, tais como temperaturas superficiais, velocidade do vento e radiação incidente. No caso dos usuários internos às edificações, além da abordagem do conforto é possível adotar também uma abordagem energética,nos moldes adotados por Brandão (2004). Neste caso, avaliaKse o consumo de energia para condicionamento dos espaços internos como parâmetro de conforto. A segunda questão, que decorre da primeira, é como se avalia este desempenho ao longo do tempo. A questão levantada é se bastaria uma temperatura máxima ou um perfil diário para avaliar o desempenho de um recinto urbano ou seria necessária uma avaliação estatística de longo prazo. A complexidade dos modelos urbanos e a dificuldade de obtenção de dados meteorológicos adequados podem forçar a primeira solução, embora a segunda pareça ser mais adequada. A solução tradicional é realizar o balanço para um dia aleatório de tempo estável, de modo a caracterizar o período em que as condições urbanas diferem mas significativamente das rurais. Ainda assim, este critério não define a qualidade do espaço urbano e a escolha dos períodos de avaliação de desempenho ainda carece de discussão aprofundada por parte dos urbanistas e arquitetos.

AvaliandoKse os modelos comparativamente, vêKse que eles foram apresentados em ordem crescente de complexidade. O CTTC trata quase que exclusivamente das trocas radiativas, colocando todos os termos em função do acréscimo de temperatura em relação a uma temperatura base. O resultado também se restringe à temperatura do

canyon, sem tratar adequadamente questão da temperatura

superficial, que pode ser necessária para uma avaliação adequada do conforto do usuário. Os pontos fortes do modelo são a sua simplicidade, a facilidade de obtenção dos dados meteorológicos necessários (já que ele utiliza como referência temperaturas ao nível do solo) e o potencial do CTTC como um parâmetro de avaliação de desempenho dos materiais e superfícies urbanos. Por ser definido em horas de atraso, o significado físico do termo tornaKse facilmente acessível ao projetista e ao planejador. ObservaKse ainda que a parametrização do termo pode ser facilmente obtida através de trabalhos de campo, sendo necessário somente medir a temperatura e a radiação liquida.

O modelo de Mills (1997) inclui de forma mais intensiva a questão das trocas convectivas sensíveis, tanto internas à UCL, quanto com a camada limite urbana. A formulação para determinação do fluxo de ar nas duas camadas é a mais complexa e detalhada dentre os três modelos, fornecendo, por isso, resultados mais precisos. Ainda assim, o autor afirma que as equações descrevem o fluxo adequadamente apenas sem situações muito específicas (no caso em canyons com razão de aspecto H/W elevadas). Uma maior precisão poderia ser

Rafael Silva Brandão

Modelos de clima urbano

adicionada ao modelo com o uso de um CFD em paralelo que fornecesse as velocidades de vento e/ou fosse informado pelas temperaturas superficial e do ar obtidas no modelo. Outro ponto forte é a abordagem do armazenamento de calor no substrato, feita em regime transiente. Contudo, isto adiciona significativa complexidade matemática ao modelo, que acaba por utilizar intervalos diferenciados e cálculos iterativos. Espacialmente, o modelo não permite variação, embora tenha a vantagem de considerar o canyon urbano como uma sucessão de edifícios esparsos e não como uma superfície continua como os demais modelos. Novamente, isso adiciona complexidade nos cálculos de fator de forma, mas contribui para a precisão do modelo. No caso de utilização conjunta com o CFD, esta característica se torna ainda mais importante, já que o modelo permitiria avaliar os fluxos de ar perpendiculares ao canyon que penetram através dos edifícios que o compõem.

Como resultado, o modelo oferece o comportamento diário tanto da temperatura do ar, quanto das temperaturas superficiais, além de fornecer valores de velocidade de vento com maior precisão. Isto o torna bastante adequado para a composição com um índice de conforto. Em relação aos dados de entrada, todavia, tanto este modelo quanto o de Borghi, Corbeta & De Biase (2000) utilizam valores de temperatura e velocidade de vento e temperatura não ao nível do solo, mas em uma altura de referência (1,5 vezes a altura do maior edifício no primeiro e 100m no segundo). A velocidade de vento no nível de referência pode ser facilmente obtida a partir da velocidade da estação meteorológica (tomado a 10 m de altura) com a aplicação de um perfil logarítmico. Os perfis de temperatura, no entanto, não são tão fáceis de serem extrapolados, apresentando grandes variações ao longo do dia. A obtenção deste dado, portanto, pode ser um obstáculo à utilização destes modelos.

O terceiro modelo – UCLM30 e UCLM60 – é o que apresenta resultados mais completos. Sua formulação contempla todas as trocas superficiais e volumétricas, inclusive as latentes. Também é um ponto forte o fato de o modelo mostrar seus resultados não só no tempo como também no espaço, embora as trocas horizontais não sejam contempladas. A utilização de fotos de satélite para a obtenção de dados de entrada é uma estratégia que tem vantagens e desvantagens. As informações obtidas são todas relativas à estrutura urbana e, por isso, podem ser obtidas a partir de uma única foto. Uma vez processada a foto, é possível obter um grande número de dados ao mesmo tempo para uma área significativa. A desvantagem é que fotos de satélite com a resolução desejada podem ser difíceis de obter ou não estarem disponíveis para a área em estudo. Ainda assim, o modelo permite a utilização das equações para o balanço em uma única célula, cujos dados poderiam ser obtidos de outra forma, aumentando assim a versatilidade do modelo. A principal deficiência do modelo é a falta de uma definição clara ou da parametrização de algumas variáveis importantes, tais como o armazenamento de calor e as propriedades do solo.

As Interações Espaciais Urbanas e o Clima 137

Modelos de clima urbano

É importante ressaltar que os modelos podem ser usados de maneira combinada, em série ou em paralelo, com um suprindo as deficiências do outro. Porém, para que isto ocorra de maneira eficaz, é fundamental uma normalização na nomenclatura das variáveis. Em alguns textos, ocorre de um mesmo símbolo ter sido utilizado para descrever variáveis diferentes.

Os modelos de CFD apresentaramKse como ferramentas poderosas, que se tornaram o foco principal desta pesquisa, ainda que utilizados em conjunto com modelos de balanço energético paramétricos

Devido ao maior interesse dos pesquisadores do laboratório no aplicativo ENVIKmet, que apresenta uma interface mais amigável e parametrização, investiuKse inicialmente nas simulações com este programa.

Foram realizadas várias simulações paramétricas com o aplicativo ENVIKmet, que serviram para indicar as suas potencialidades e limitações. Uma das principais questões é o tamanho da área de estudo e a independência da malha. Nos estudos realizados, a opção de malhas com 3m, 5m, 10m ou 20m alterou fortemente o resultado. ObservaKse ainda que, como o aplicativo não apresenta a opção de utilização da condição de limite cíclico, as simulações são bastante influenciadas pelo tamanho da área de modelagem, já que o perfil de vento inicial sempre se refere a uma área desobstruída. ObservouKse ainda a dificuldade apresentada pelo programa em considerar o efeito da massa térmica urbana, devido à modelagem simplificada das edificações.

No caso do CFX, devido à grande dimensão das áreas de estudo e aos pequenos afastamentos entre os edifícios, há grande dificuldade em estabelecer parâmetros de malha compatíveis com as capacidades computacionais disponíveis.

As condições limites simulam apenas a condição de atmosfera neutra e regime permanente, sendo necessário aprimorar a parametrização para que o programa possa descrever adequadamente também o campo de temperaturas na área simulada. Apesar das dificuldades encontradas, verificouKse um grande potencial na utilização do CFX na simulação de áreas urbanas. Como ele permite a incorporação de novas equações no seu cálculo, os modelos de balanço podem ser aplicados sobre as superfícies, em um procedimento semelhante ao ENVIKmet.

Embora a intenção inicial fosse utilizar o CFX somente para simulação de vento em situação atmosférica neutra, pretendeKse agora, depois de um desenvolvimento da modelagem do balanço térmico, buscar conjugar as duas ferramentas, de modo a produzir resultados mais precisos e passíveis de aplicação.

É necessário investigar a parametrização necessária para que o CFX possa reproduzir adequadamente as condições urbanas não só em regime permanente, mas também em ciclos de 24 a 48 horas, como faz o ENVIKmet.

Rafael Silva Brandão

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Deste modo, as duas etapas agora se fundem em uma única atividade, que deve ser conduzida de maneira concomitante e complementar, com os resultados se alimentando mutuamente.

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O estudo dos modelos e da existência de uma área piloto

4.1. A Região Metrop