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Comportamento Térmico de Cobertura Verde

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COMPORTAMENTO TÉRMICO DE COBERTURA
VERDE UTILIZANDO A GRAMA BRACHIARIA
HUMIDICOLA NA CIDADE DE SÃO CARLOS, SP

Autores: Nixon César de Andrade, Maurício Roriz

Published in: Engineering
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Comportamento Térmico de Cobertura Verde

  1. 1. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1 O EFEITO DAS CONDIÇÕES CLIMÁTICAS EM TELHADOS VERDES Alfredo Akira Ohnuma Júnior 1 ;Luciene Pimentel da Silva 2 ; Marcia Marques Gomes 3 Resumo – O objetivo deste artigo é enumerar e avaliar a influência de fatores e elementos meteorológicos no comportamento de telhados verdes instalados em áreas de cerca de 25 países a partir da classificação climática de Köppen-Geiger (RUBEL e KOTTEK, 2010). A metodologia consiste de pesquisa a partir de ferramentas de busca de mais de 170 artigos científicos publicados em periódicos nacionais e internacionais com telhados verdes, com publicações realizadas entre os anos de 2001 e 2007. Os resultados indicam predominância de 70% de estudos com telhados verdes em áreas de clima temperado, sendo 65% das pesquisas relacionadas ao conforto térmico e à quantidade e qualidade da retenção do escoamento superficial. Embora haja necessidade de mais pesquisas, conclui-se que há baixa influência de fatores climáticos principais (classificação Köppen- Geiger A, B, C e D) na capacidade de retenção do escoamento, no entanto os grupos climáticos são demonstra capacidade de limitar efeitos térmicos em ambientes com telhados verdes. Palavras-Chave – telhados verdes; classificação climática; efeito térmico; runoff. THE EFFECT OF CLIMATIC CONDITIONS IN GREEN ROOFS Abstract – The purpose of this article is to list and evaluate the influence of factors and meteorological elements in the behavior of green roofs installed in areas about 25 countries from the climatic classification of Köppen (RUBEL and KOTTEK, 2010). The methodology consists of research from search engines of more than 170 scientific papers published in national and international journals with green roofs, as publications between 2001 and 2007. The results indicate a predominance of 70% of studies with green roofs in temperate climate, 65% of research related to thermal comfort and the quantity and quality of retention of runoff. While there is need for more research, it is concluded that there is little influence of major climatic factors (Köppen Classification, A, B, C and D) in the runoff retention capacity, however the climatic groups are demonstrated ability to limit thermal effects in environments with green roofs. Keywords –green roof; climatic groups; termal confort; runoff. 1 Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Faculdade de Engenharia, Departamento de Engenharia Sanitária e Meio Ambiente * akira@uerj.br 2 .Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Faculdade de Engenharia, Departamento de Engenharia Sanitária e Meio Ambiente luciene.pimenteldasilva@gmail.com 3 Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Faculdade de Engenharia, Departamento de Engenharia Sanitária e Meio Ambiente marciam@uerj.br
  2. 2. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2 INTRODUÇÃO Associado ao crescimento demográfico, à intensa urbanização e ao consumo desenfreado por produtos e serviços, elevam-se às cargas de poluição à nível global, sobretudo nas grandes metrópoles. De forma atender às necessidades humanas, consequentemente o aumento do consumo de energia e água em edificações é responsável pelo descarte de efluentes e emissão de gases de efeito estufa em mais de 30% (BERARDI 2014). Nesse sentido, novas técnicas de construção começam a surgir como respostas aos impactos ambientais de modo tornar às edificações mais eficientes e sustentáveis. Os telhados verdes são estruturas capazes de suportar determinada vegetação na cobertura, cujos benefícios têm sido estudados nos mais diversos países, como na capacidade de retenção do escoamento superficial, na atenuação do efeito da temperatura em edificações (OHNUMA JR. et al. 2014; TASSI et al., 2014; MORAU et al., 2012; ANDRADE e RORIZ, 2007). Os efeitos da implantação de telhados verdes nas cidades são influenciados pelas condições ambientais da região. A precipitação, a radiação solar e a temperatura são os elementos meteorológicos principais que atuam diretamente sobre o telhado verde e, portanto capazes de modificar à resposta na emissão de cargas de poluentes. De modo natural, os mesmos elementos meteorológicos são utilizados desde final do ano 1800 como variáveis de contorno de modo à fornecer condições para estabelecer os regimes climáticos nas diferentes regiões da superfície terrestre. A atualização do mapa de classificação climática foi baseada essencialmente em dados observados de temperatura e precipitação no período entre o ano 1951 e 2000 (RUBEL e KOTTEK, 2010). Mundialmente, a classificação climática Köppen-Geiger é reconhecida não somente por retratar o que há de mais atual nas condições climáticas observadas, como também para avaliar as tendências globais do clima e projeção de cenários de mudanças climáticas. Este artigo tem como objetivo enumerar e analisar os resultados das principais publicações sobre telhados verdes em mais de 25 países à partir das diferentes classes climáticas estabelecidas mundialmente e baseado em Köppen-Geiger (RUBEL e KOTTEK, 2010). MATERIAIS E MÉTODOS De acordo com a fonte de pesquisa de publicações de periódicos internacionais Science Direct (http://www.sciencedirect.com/), que abrange um vasto banco de dados de artigos, revistas e livros científicos, tem aumentado significativamente os estudos com os telhados verdes, principalmente desde o início do ano 2000. Embora apresente características mais acadêmicas, o modelo de pesquisa fornecido pelo Google Scholar (http://scholar.google.com.br/) também tem sido bastante utilizado como referência para busca de artigos e publicações científicas. Neste trabalho foram consultadas ambas ferramentas de busca de modo compor um banco de dados de artigos pesquisados sobre telhados verdes entre 2001 e 2014. Após as descobertas iniciais publicadas dos benefícios da implantação de telhados verdes, outros nomes surgiram como referência na definição e conceituação do termo técnico mais apropriado para os uso nas pesquisas de estudos científicos. Este artigo contempla buscas de trabalhos nacionais e internacionais a partir das principais palavras-chaves utilizadas: greenroof, green roof, vegetated roof, telhado verde e cobertura verde. Devido a facilidade do uso de filtros nos sistemas de buscas utilizados, foram incluídas ao termo principal, palavras afins que estão diretamente associadas às instalações e aos efeitos principais do telhado verde (Figura 1), como: thermal comfort (conforto térmico), runoff quality (qualidade do escoamento), stormwater retention (retenção do escoamento), substrate (substrato), species (espécies) e energy (energia). De forma menos criteriosa, foram
  3. 3. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3 analisados também artigos de autores que investigaram demais benefícios na implantação do telhado verde, como: air quality (qualidade do ar), acoustic comfort (conforto acústico), social project (projetos sociais) e life cycle cost (custo do ciclo de vida). Não estão contempladas diretamente no acervo pesquisado análises de publicações de: teses de doutorado e/ou dissertações de mestrado e artigos de simpósios e congressos. Figura 1: Termos de indexação gerais e específicos utilizados na pesquisa. Foram enumerados e analisados cerca de 150 artigos científicos distribuídos conforme a descrição anterior dos termos de indexação e com estudos realizados em mais de 170 locais de todos os continentes. A maioria das publicações apresentam a cidade ou local de implantação do telhado verde, mas não indicam as coordenadas geográficas e a classificação climática correspondentes. Para se obter as informações de localização e clima, utilizou-se a referência de RUBEL e KOTTEK (2010), que consiste de atualizar a definição de cada classe climática principal, ordem de precipitação e temperatura, baseada em dados subjacentes disponíveis no link http://koeppen-geiger.vu-wien.ac.at/. A partir de arquivo de extensão .KMZ, elaborado por Wilkerson, M. Scott e Wilkerson, M. Beth, (2010), utilizou-se o aplicativo Google Earth para identificação dos pontos amostrados, com escala da ordem de 0.5 graus latitude e longitude e resolução temporal mensal no período entre os anos 1951 e 2000 de dados observados de precipitação e temperatura. Esses dois conjuntos de dados globais correspondem às observações climáticas selecionadas para calcular o mapa desejado. RESULTADOS Os resultados consistem da análise de cerca de 151 artigos nacionais e internacionais sobre telhados verdes publicados em mais de 70 revistas científicas a partir das ferramentas Science Direct e Google Scholar entre 2001 e 2014. Na média, foram publicados cerca de 15 artigos por ano em diferentes locais de forma atender diferentes finalidades científicas. A evolução das pesquisas com telhados verdes é notável, sobretudo desde 2010, quando foram estudados cerca de 60% do total das pesquisas desde 2001 (Figura 2). América do Norte, Europa e Ásia concentram quase 90% dos experimentos publicados em periódicos, seguidos de América do Sul e Oceania com 11% (Figura 3). Conforto' térmico escoamento espécies energia Retenção'do' escoamento Composição' do'substrato espessura declividade
  4. 4. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4 Nos 170 locais identificados nesta pesquisa com telhados verdes foram associadas 14 classes climáticas correspondentes, o que representa cerca de metade das classes disponíveis no globo pelo método Köppen-Geiger e avaliadas nos experimentos com telhados verdes. O mapa atualizado de classificação climática Köppen-Geiger (RUBEL e KOTEK, 2010) resume o quantitativo dos principais pontos de experimentos com telhados verdes (Figura 4). Figura 4: Mapa mundi de classificação climática Köppen-Geiger (adaptado RUBEL e KOTTEK, 2010) e pontos de distribuição da quantidade de estudos com telhados verdes.. Cerca de 85% dos estudos realizados com telhado verde, sob diferentes aspectos, estão localizados em regiões de clima temperado e frio e de classificação climática grupos C e D. Estimam- se 45% das localidades em regiões de clima temperado úmido e verão quente de classificação 2 1 5 1 10 8 12 15 8 10 9 27 17 26 0 5 10 15 20 25 30 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Número1de1artigos1publicados Ano1da1Publicação 31 1 1 7 3 44 44 7 4 3 1 2 5 33 2 6 1 4 1 1 1 1 1 9 4 6 82 2 21 1 1 2 8 1 7 2 1 Mapa Mundi de Classificação Climática Köppen-Geiger Baseado em dados observados de temperatura e precipitação entre 1976 e 2000 Climas principais A: Equatorial B: Árido C: Temperado Quente D: Frio E: Polar F: calotas polares T: clima de tundra Precipitação W: desértico S: estepe f: úmido s: verão seco w: inverno seco m: monções Temperatura h: árido quente k: árido frio a verão quente b: verão temperado c: verão frio d: inverno frio A"(equat) 11% B"(arido) 3% C"(temper) 71% D"(frio) 15% Europa 33% Ásia 27% Am.1Norte 27% Am.1Sul 8% Oceania 3% Am.1 Central 1% África 1% Figura 2: Evolução histórica das publicações com telhados verdes. Figura 3: Distribuição das pesquisas por continente.
  5. 5. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5 climática Köppen-Geiger Cfa e Cfb, concentrados basicamente na Europa e leste dos Estados Unidos. As regiões de clima temperado com inverno seco e verão quente e frio, classes Cwa e Dwa respectivamente, compõem os países asiáticos, especialmente a China. Com características de clima equatorial úmido, de classificação Af, países como Cingapura e Malásia, representam 5% dos locais pesquisados com telhado verde. Regiões de clima árido, como Arábia Saudita, o estado do Arizona, nos Estados Unidos e Madras, Índia, representam 3% dos locais com climas classificados como BWh e BSh. A maioria dos estudos infere benefícios da aplicação de telhados verdes para melhoria da qualidade do ambiente e da população, baseados nas condições climáticas do local. Os estudos publicados resultam que, muito mais que as classes climáticas e a precipitação, o volume armazenado ou retido no telhado verde depende também de outros fatores fundamentais, como: duração da precipitação para determinação da intensidade pluviométrica, espécie de plantio, período seco antecedente (MORUZZI, MOURA e BARBASSA, 2014), declividade do telhado, composição e espessura do substrato. Os efeitos da profundidade ou espessura do substrato na capacidade de armazenamento das águas pluviais em coberturas com vegetação, para as mesmas precipitações a retenção foi de 75% para telhado verde com 15 cm de substrato e de 45% para espessura de 10 cm. Embora a tabela 3 não resulte influências significativas nas lâminas de retenção em relação às diferentes classes climáticas, podem ocorrer diferenças significativas do volume retido nas estações quentes (verão) e frias (inverno), da ordem de 30% e 67%, respectivamente (MENTENS et al., 2006), para a mesma localidade da pesquisa, na Alemanha, de classificação climática Köppen- Geiger Cfb. No entanto, os resultados de retenção nos telhados verdes apresentam maior influência de parâmetros físicos do que de elementos meteorológicos. Em locais com climas tropicais quentes, como por exemplo em Madras, na Índia ou Togolese, na África, ambos de classificação climática Köppen-Geiger Aw, as cargas térmicas são consideradas bastante elevadas, especialmente em dias ensolarados, o que tende a provocar um ambiente desagradável no interior dos edifícios. Os ganhos de calor decorrem do efeito do aquecimento proveniente da radiação solar absorvida pela laje ou paredes, cuja transferência para o interior dos prédios eleva a temperatura ambiente. Além dos ganhos de energia provenientes da radiação solar incidente nas coberturas, há também ganhos internos do edifício, como iluminação, ocupação de ambientes, equipamentos elétricos, etc (HODO-ABALO et al., 2012). Cidades de países com clima temperado e úmido, como Shanghai, na China, de classificação climática Köppen-Geiger Cfa apresentam redução da temperatura interna quando o telhado é composto por vegetação. O fluxo de calor sensível neste tipo de cobertura é baixo devido ao elevado fluxo de calor latente de evapotranspiração e maior radiação líquida (TAKEBAYASHI e MORIYAMA, 2007). CONCLUSÕES Embora não contemple a totalidade das publicações realizadas, conclui-se que há avanço nas pesquisas com telhados verdes sobre fundamentalmente: o impacto do aspecto quantitativo para reduzir ou retardar o volume de runoff na capacidade de retenção do volume precipitado e da melhoria do conforto térmico nas edificações para regular o efeito da temperatura em ambientes com menos flutuações ao longo de períodos sazonais. Os trabalhos analisados demonstram pouca influência das classificações climáticas de Köppen-Geiger na capacidade de retenção do escoamento das águas pluviais sobre os telhados verdes. Por outro lado, sistemas de arrefecimento estão condicionados às condições climáticas locais de modo que climas frios e úmidos do tipo Köppen-Geiger C e D tendem a limitar os efeitos térmicos devido o potencial evaporativo e de fotossíntese gerado pela vegetação sobre os telhados.
  6. 6. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6 AGRADECIMENTOS À FINEP/CNPq pelo apoio concedido no contexto do Projeto em Rede, Manejo de Águas Pluviais (MAPLU), Chamada Pública MCT/FINEP/Ação Transversal - Saneamento Ambiental e Habitação - 7/2009. Ao MCTI/CNPq/Universal 14/2014 processo n. 457688/2014-9. Ao Programa de Pós- Graduação em Engenharia Sanitária e Meio Ambiente, da Faculdade de Engenharia, da Universidade do Estado do Rio de Janeiro. REFERÊNCIAS a) Artigos em revista ANDRADE, N. C.; RORIZ, M. Comportamento Térmico de Cobertura Verde Utilizando a Grama Brachiaria Humidicola na Cidade de São Carlos, SP. Parc, v.1, n.4, p.1-16. 2009. BERARDI, U.; GHAFFARIANHOSEINI, A.; GHAFFARIANHOSEINI, A. State-of-the-art analysis of the environmental benefits of green roofs. Applied Energy, v. 115, p. 411-428, 2014. HODO-ABALO, S.; BANNA, M.; ZEGHMATI, B. Performance analysis of a planted roof as a passive cooling technique in hot-humid tropics. Renewable Energy, v. 39, p. 140-148. 2012. MENTENS, J.; et al. Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff problem in the urbanized 21st century? Landscape and Urban Planning, v. 77, p. 217-226, 2006. MORAU, D.; LIBELLE, T.; GARDE, F. Performance Evaluation of Green Roof for Thermal Protection of Buildings In Reunion Island. Energy Procedia, v. 14, p. 1008-1016, 2012. MORUZZI, R.B.; MOURA, C.C. de; BARBASSA, A.P. Avaliação do efeito da inclinação e umidade antecedente na qualidade e quantidade das parcelas escoadas, percoladas e armazenadas em telhado verde extensivo. Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 14, n. 3, p. 59-73, jul./set. 2014. OHNUMA JR., A.A.; ALMEIDA NETO, P.; MENDIONDO, E.M. Análise da retenção hídrica em telhados verdes a partir da eficiência do coeficiente de escoamento. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v.19, n.2, p. 41-52. 2014. RUBEL, F.; KOTTEK, M. Observed and projected climate shifts 1901–2100 depicted by world maps of the Köppen-Geiger climate classification. Meteorologische Zeitschrift, v.19, n.2, p.135-141. 2010. TAKEBAYASHI, H.; MORIYAMA, M. Surface heat budget on green roof and high reflection roof for mitigation of urban heat island. Building Environmental, v. 42, p. 2971-2979, 2017. TASSI, R.; TASSINARI, L. C. da S.; PICCILLI, D. G. A.; PERSCH, C. G. Telhado verde: uma alternativa sustentável para a gestão das águas pluviais. Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 14, n. 1, p. 139-154, jan./mar. 2014.

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