Causas
O processo gradativo e crescente da urbanização, iniciado com o advento da revolução industrial, gerou grandes modificações ambientais. A construção desordenada de edificações e estruturas urbanas, eliminando áreas arborizadas, determinou a presença de elementos capazes de promover alterações no microclima de determinadas regiões, conferindo significativas diferenças de temperatura entre as cidades e seu entorno ainda preservado, as zonas rurais.
As causas mais significativas das ilhas de calor urbanas, estão relacionadas às ações antropogênicas ligadas a esse processo de urbanização e também se relaciona à ocupação do espaço construído. Estudos mostraram que o efeito de ilha de calor urbana pode elevar as temperaturas de 5oC a 10oC em grandes centros. Em Tóquio, devido ao aquecimento global e ao fenômeno das ilhas de calor, a temperatura média anual aumentou cerca de 3°C nos últimos 100 anos e poderá piorar à medida que a urbanização avança.
Existem parâmetros importantes a serem observados no processo de constatação da presença de ilhas de calor e de sua intensidade, que podem nortear o desenvolvimento de estratégias e soluções para diminuição de tal fenômeno, como segue:
Ausência ou baixo índice de vegetação e água presentes no perímetro urbano
As diversas substituições de superfícies permeáveis por impermeáveis ou com permeabilidade reduzida (envolvente de edifícios, ruas e outras infraestruturas, decorrentes da formação das cidades), promovem o aumento da temperatura nos centros urbanos. O potencial da radiação solar incidente não é utilizado em processos de evapotranspiração, que colaborariam para amenizar o calor, mas sim para aquecer as superfícies das ruas, edifícios e o ar da cidade. Da mesma forma a água que chega por meio das chuvas, não pode ser absorvida e armazenada localmente, por isso não retorna à atmosfera, o que promove impactos no balanço hídrico e impede a amenização do calor.
O processo de urbanização ao qual a cidade de são Paulo foi submetida fez com que as áreas verdes presentes nessas regiões fossem ocupadas por edifícios e, gradativamente, os arredores dos mesmos transformados em calçadas e ruas, em sua maior parte pavimentados por coberturas impermeáveis. A ausência ou diminuição da vegetação na cidade, contribuiu para o aumento da temperatura local, pois as plantas possuem a propriedade de refletir e também absorver boa parte da radiação solar incidente. Um estudo divulgado na Revista On Line Geousp – espaço e tempo[4] , por exemplo, mostra que espaços da cidade de São Paulo isentos de vegetação, principalmente os ocupados para atividades industriais, de comércio e de serviços, apresentam diferenças de temperatura das superfícies locais 8 graus acima do ambiente natural, constatando que a presença de árvores e áreas verdes são importantes recursos para evitar tais temperaturas. COSTA (2010), por exemplo, afirma que a presença de elementos vegetativos urbanos melhora a qualidade de vida do cidadão, uma vez que contribui para diminuir a incidência de ilhas de calor, amenizar inundações e problemas respiratórios e propõe a criação de corredores verdes na cidade de São Paulo, interligando as subprefeituras da Mooca, Sé e Pinheiros[5].
Propriedades térmicas dos materiais
O emprego de materiais com baixo albedo[6] e/ou refletividade reduzida nas envolventes dos edifícios e nas superfícies de estruturas urbanas, contribui com o aumento da temperatura local (Santamouris, Synnefa, & Karlessi, 2011). Telhados e pavimentos são tipicamente escuros e absorvem mais de 80% da energia da radiação solar. Essas superfícies emitem calor e fazem o ar do entorno ficar mais quente[7]. Segundo a EPA[8], em um dia de verão quente e ensolarado, o sol pode aquecer superfícies urbanas secas e expostas, como telhados e pavimentos, a temperaturas 27 a 50 ° C mais quentes do que o ar, o que não acontece nas zonas rurais.
Os pavimentos impermeáveis presentes nas estruturas urbanas, como concreto e asfalto, são capazes de absorver e armazenar grande parte da radiação solar, o que contribui significativamente para o efeito de ICU (Ilhas de Calor Urbano), visto que alteram o microclima por conta da radiação líquida mais elevada[9].
Por meio dos recursos da termografia é possível observar o comportamento térmico de materiais com diferentes texturas e cores, visto que as imagens conseguem detectar a radiação infravermelha por eles emitida. A Figura 4 mostra a variação de temperatura na superfície de alguns pavimentos convencionais presentes em Phoenix, Arizona, cujos valores no verão já chegaram a 150°F (67ºC).
Figura 4 - Temperatura de Pavimentos impermeáveis no Arizona
Fonte: https://www.epa.gov/sites/production/files/201408/documents/coolpavescompendium_ch5.pdf
Já a Figura 5, mostra a variação de temperatura entre coberturas de cores diferentes.
Figura 5 - Temperatura superficial entre coberturas de cores distintas
Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/disciplinas/ApostilaECV5161_v2016.pdf
Em muitas cidades dos EUA esses pavimentos representam a maior percentagem da cobertura do solo de algumas comunidades, comparando as áreas cobertas por telhados e as superfícies forradas por vegetação. Como parte de um Projeto Piloto da Ilha de Calor Urbana da EPA, o LBNL realizou, entre 1998 e 2002 uma série de análises do tecido urbano que fornecem dados básicos sobre uso e cobertura do solo para algumas cidades. A Figura 6 mostra o percentual de superfícies pavimentadas dessas áreas urbanas, que correspondem a valores que estão entre 30% a 45%.
Figura 6 - Estatísticas de superfície pavimentada para quatro cidades dos EUA
Fonte: https://www.epa.gov/sites/production/files/201408/documents/coolpavescompendium_ch5.pdf
Especificamente, no que diz respeito aos edifícios, Keeler & Burke (2010)[10] , que em sua publicação abordam a contribuição das coberturas na elevação da temperatura local, afirmam que por representarem áreas da edificação sujeitas a alta incidência de calor, os materiais e produtos aí utilizados são os responsáveis pelo fato de essas construções se apresentarem muito mais quentes do que a temperatura do ar ambiente.
O desenho da malha urbana
A concentração de edificações em determinados espaços da cidade também colabora para a manifestação do fenômeno. A grande quantidade de prédios presentes na malha urbana, por conta de sua disposição espacial, favorece a retenção do calor e a diminuição da possibilidade de entrada de umidade. Além da tipologia dos materiais empregados, essa configuração associada à geometria das ruas, pode promover a reflexão e aprisionamento da radiação solar incidente, assim como alterar a direção e velocidade dos ventos e ainda interferir na capacidade de dispersão dos poluentes locais, que é bastante significativa (Allegrini, Dorer & Carmeliet, 2016). O fator de visão do céu (FVC) representa um dos aspectos estudados na avaliação da relação entre climatologia e geometria urbanas. Corresponde à fração do céu visível do solo em um determinado ponto de observação, onde é possível verificar o grau de obstrução das possibilidades de trocas térmicas gerado pelo entorno. Espaços mais fechados apresentam menor FVC, o que contribui para uma menor eliminação do calor refletido pelos edifícios (ver Figura 7).
Figura 7 - Largo do Café, em São Paulo - 16,32 % de céu visível
Fonte: Diego Padgurschi/Folhapress - http://folhapress.folha.uol.com.br/foto/9195591
Segundo SILVA & LABAKI, 2011, o fator de visão do céu (FVC) é um parâmetro frequentemente usado para descrever a geometria urbana, e apresenta resultados que validam sua estreita relação com variações climáticas urbanas como as ilhas de calor. Outro aspecto é a relação geométrica entre a rua e as edificações chamada relação W/H (wide/height - distância entre edifícios/altura dos edifícios). Segundo
ROMERO apud WERNECK, 2018, essa relação também tem impacto direto na radiação solar incidente nas superfícies e sua absorção pelas edificações, sendo proporcional à elevação dos edifícios e o espaço entre eles. A topografia local, associada a esses fatores, pode potencializar o problema, caso colabore para impedir a dispersão do ar quente acumulado.
Calor antropogênico
A geração de calor antropogênico em uma cidade também contribui para a formação das ilhas de calor urbanas. Fontes de calor antropogênico estão associadas ao resfriamento de edifícios, atividades de fabricação, utilização dos meios de transporte e iluminação, além do metabolismo humano e animal[11]. A grande concentração de gases poluentes presente nos grandes centros urbanos, gerados principalmente pela queima de combustíveis fósseis derivados do petróleo nos meios de transporte, além da dificuldade de dispersão dos mesmos por conta do fenômeno de inversão térmica, comum nessas regiões, favorecem a elevação da temperatura local, colaborando para a intensificação do aquecimento global e, consequentemente, para a formação das ilhas de calor.
A baixa eficiência energética em edifícios também contribui com a formação do fenômeno. Arquiteturas com reduzida utilização de tecnologias passivas exigem o emprego de equipamentos de condicionamento artificial para garantir adequados níveis de conforto térmico. Segundo YANNAS, apud WERNECK, 2018, “[...] aquecidos ou resfriados, naturalmente ventilados ou mecanicamente controlados, os edifícios irão liberar no ambiente urbano ao seu redor a energia utilizada em sua operação, sob a forma de calor”. A utilização desse tipo de equipamento contribui para o aumento da temperatura externa. Existe um ciclo vicioso entre a ocorrência do fenômeno UHI e as causas do aquecimento global. O aumento das temperaturas provocado pelo efeito ICU exige o uso do ar condicionado, cujo funcionamento libera calor, cuja energia consumida para operação emite CO2, que, por sua vez, acarreta no aumento da temperatura.
