Clima Urbano e Eficiência Energética nas Edificações PROCEL

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Clima Urbano e Eficiência 
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Trabalho elaborado no âmbito do PROCEL EDIFICA - Eficiência Energética em Edificações.
F ICHA CATALOGRÁF ICA
Clima Urbano e Eficiência Energética nas Edificações - Rio de Janeiro, agosto/2011
1. Gianna Melo Barbirato/ Simone Carnaúba Torres/ Lea Cristina Lucas de Souza
TODOS OS DIREITOS RESERVADOS - é proibida a reprodução total ou parcial de qualquer forma ou por qualquer meio. A 
violação dos direitos de autor (Lei no 9.610/98) é crime estabelecido pelo artigo 184 do Código Penal.
Trabalho elaborado no âmbito do convênio ECV033/04 realizado entre ELETROBRAS PROCEL e a UFAL
ELETROBRAS PROCEL
Presidência
José da Costa Carvalho Neto
Diretor de Transmissão
José Antônio Muniz Lopes
Secretário Executivo do Procel
Ubirajara Rocha Meira
Departamento de Projetos de Eficiência Energética
Fernando Pinto Dias Perrone
Divisão de Eficiência Energética em Edificações
Maria Teresa Marques da Silveira
Equipe Técnica
ELETROBRAS PROCEL
Divisão de Eficiência Energética em Edificações
Clovis Jose da Silva
Edison Alves Portela Junior
Elisete Alvarenga da Cunha
Estefania Neiva de Mello
Frederico Guilherme Cardoso Souto Maior de Castro
Joao Queiroz Krause
Lucas de Albuquerque Pessoa Ferreira
Lucas Mortimer Macedo
Luciana Campos Batista
Mariana dos Santos Oliveira
Vinicius Ribeiro Cardoso
Colaboradores
George Alves Soares
José Luiz G. Miglievich Leduc
Myrthes Marcele dos Santos
Patricia Zofoli Dorna
Rebeca Obadia Pontes
Solange Nogueira Puente Santos
Viviane Gomes Almeida
Diagramação / Programação Visual
Anne Kelly Senhor Costa
Aline Gouvea Soares
Kelli Cristine V. Mondaini
UFAL
Edição
Leonardo Bittencourt
Autores
Gianna Melo Barbirato
Simone Carnaúba Torres
Lea Cristina Lucas de Souza
SUMÁR IO
INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 7
1 INTRODUÇÃO À BIOCLIMATOLOGIA ..................................................................................... 11
2 CLIMA: CONCEITO, CARACTERIZAÇÃO E UTILIZAÇÃO ...................................................... 19
2.1 Fatores climáticos globais ...........................................................................................................................................................20
2.1.1 Radiação solar ......................................................................................................................................................................................................20
2.1.2 Latitude .................................................................................................................................................................................................................21
2.1.3 Altitude ...................................................................................................................................................................................................................22
2.1.4 Regime dos ventos .............................................................................................................................................................................................22
2.1.5 Massas de água e terra ......................................................................................................................................................................................23
2.2 Fatores climáticos locais ..............................................................................................................................................................24
2.2.1 Topografia ..............................................................................................................................................................................................................24
2.2.2 Revestimento do solo .......................................................................................................................................................................................26
2.3 Elementos climáticos e o meio urbano ..................................................................................................................................27
2.3.1 Temperatura do ar ..............................................................................................................................................................................................27
2.3.2. Umidade ................................................................................................................................................................................................................28
2.3.3 Radiação .................................................................................................................................................................................................................29
2.3.4 Ventos......................................................................................................................................................................................................................30
2.3.5 Nebulosidade .......................................................................................................................................................................................................34
2.3.6 Precipitações ........................................................................................................................................................................................................34
3 A URBANIZAÇÃO E SEUS EFEITOS NO CLIMA DA CIDADE ................................................. 37
3.1 Escalas de medição em clima urbano e camadas atmosféricas urbanas ...................................................................41
3.2 O canyon urbano ............................................................................................................................................................................43
3.3 O balanço de energia urbano ....................................................................................................................................................49
4 ILHA DE CALOR URBANA .......................................................................................................... 55
4.1 Desenvolvimento do fenômeno ...............................................................................................................................................57
4.2 Intensidade e variabilidade da ilha de calor ........................................................................................................................59
4.3 As consequências do fenômeno ..............................................................................................................................................66
5 CONCEITOS DE CLIMA E MICROCLIMA URBANO APLICADOS.......................................... 71
5.1 A formação de microclimas .......................................................................................................................................................71
5.2. A influência do desenho de assentamentos construtivos na qualidade térmica urbana ...................................735.2.1 Princípios de Desenho Urbano para Regiões de Clima quente e seco ............................................................................................76
5.2.2 Princípios de Desenho Urbano para Regiões de Clima quente e úmido .......................................................................................77
5.2.3 Princípios de desenho urbano para regiões de clima tropical de altitude ....................................................................................78
5.3 A qualidade ambiental urbana ..................................................................................................................................................79
6 O PAPEL DA VEGETAÇÃO URBANA ......................................................................................... 81
7 O MONITORAMENTO URBANO ............................................................................................... 87
7.1 Procedimentos básicos para o monitoramento urbano ..................................................................................................88
7.1.1 As estações fixas ..................................................................................................................................................................................................89
7.1.2 Os transetos urbanos ........................................................................................................................................................................................89
7.1.3 Sensoriamento remoto .....................................................................................................................................................................................90
7.2 Localização e exposição de instrumentos meteorológicos em ambientes urbanos .............................................91
7.3 Teorias e abordagens de análise do clima urbano .............................................................................................................92
7.3.1 A metodologia de Monteiro ...........................................................................................................................................................................92
7.3.2 A contribuição de Oke .....................................................................................................................................................................................95
7.3.3 A metodologia de Bittan ..................................................................................................................................................................................95
7.3.4 A metodologia de Oliveira (1988) .................................................................................................................................................................95
7.3.5 A metodologia desenvolvida por Katzschner .........................................................................................................................................96
7.3.6 A abordagem bioclimática de Bustos Romero .........................................................................................................................................97
8 CLIMA E PLANEJAMENTO URBANO ....................................................................................... 99
8.1 Conforto térmico urbano e eficiência energética ..............................................................................................................99
8.2 Ambiente urbano e eficiência energética .......................................................................................................................... 101
8.3 A importância do tratamento dos espaços externos ..................................................................................................... 105
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...............................................................................................109
INTRODUÇÃO
As principais consequências da Revolução Industrial foram o desenvolvimento tecnológico, o crescimento 
populacional e a urbanização. Do ponto de vista ambiental, estes fatos implicaram na degradação do meio 
natural, decorrente tanto do processo de obtenção de matéria prima - desmatamentos, escavações - como 
do processo de sua transformação - poluição das águas por despejos industriais, aumento da temperatura 
devido aos adensamentos urbanos provocando o aparecimento de ilhas de calor, etc.. Todos estes exemplos 
têm consequências graves sobre a qualidade de vida e podem não ficar restritos apenas ao local de ocorrência.
A urbanização pode ser caracterizada como um aumento na habitação humana, acoplado a um maior 
consumo energético per capita e extensa modificação na paisagem, de modo a criar um sistema que não 
depende, especialmente, dos recursos naturais locais para subsistir (McDONNEL; PICKETT, 1990). Em face 
disso, e se os problemas ambientais decorrem do impacto dos assentamentos humanos sobre o meio natural, 
a urbanização e as questões ambientais sempre deveriam ser examinadas e tratadas de forma integrada.
A urbanização excessiva também é responsável pelo contraste de padrões de vida dentro das cidades, e 
entre assentamentos urbanos e rurais (BROWN, L.; JACOBSON, J. L. 1987). Enfatiza-se ainda que a escassez 
de terra e água, o uso ineficiente de energia e os problemas resultantes da poluição contribuem para o 
aumento do custo ecológico e econômico de suporte das cidades modernas.
Por outro lado, é inegável que, apesar de todos os prejuízos ecológicos e especialmente sob o ponto de 
vista de higiene, saúde e oportunidades culturais, os moradores das cidades vivem mais e melhor que os 
moradores do campo. Certamente o cuidado com a saúde, educação e outros itens são mais facilmente 
providos pelas populações urbanas do que pelas rurais.
Historicamente, até o início do século XX, a relação do meio ambiente com os assentamentos humanos 
era vista de forma nostálgica. A natureza era encarada não pelos seus aspectos dinâmicos e interativos, 
mas unicamente como paisagem. Da mesma forma, a qualidade do meio ambiente urbano significava um 
mal a ser reparado exclusivamente pelo desenvolvimento tecnológico. Consequentemente, os problemas 
ambientais das cidades eram resolvidos através de soluções técnicas de caráter imediato.
Entretanto, essas soluções técnicas logo demonstraram suas limitações frente aos problemas ambientais 
urbanos, levando as discussões desses processos para outras áreas - a econômica, a social e a política. E com 
o enfoque ecológico mais uma vez posto de lado, continuou a visão inerte, estática e limitada da natureza, 
demonstrada até mesmo nas tentativas complexas dos planejadores da segunda metade do século passado.
A dificuldade de se encarar o planejamento urbano com as questões vitais da qualidade do meio ambiente 
nas cidades ainda persiste, embora haja algum reconhecimento, por parte dos planejadores e cidadãos em 
geral, da importância desse enfoque.
Hoje, a preocupação com a qualidade do meio ambiente, em particular com o impacto dos assentamentos 
humanos sobre o clima urbano é motivo de inúmeras investigações, já que se dispõe de uma gama de 
conhecimentos, legislação e avanço tecnológico que permitem auxiliar nessas questões.
No entanto, as discussões ainda não têm permitido solucionar a grande questão ambiental que é o pro-
cesso de urbanização. Nesse contexto, é importante ressaltar que qualquer intervenção no meio urbano 
pressupõe, como recurso indispensável ao planejamento, a investigação climática. A forma de ocupação 
e crescimento das cidades gerou mudanças ambientais e consequências inquestionáveis no meio natural, 
especialmente no clima. 
A massa construída das cidades (edificações, pavimentação) produz alterações na paisagem natural, re-
sultandoem inúmeros microclimas. O fenômeno de “ilhas de calor” (e ilhas frias coexistentes, devido ao 
sombreamento de edifícios altos), já bastante estudado, tornou-se sinônimo da própria climatologia urbana.
Por outro lado, a urbanização dos países tropicais não foi consequência direta da industrialização, mas 
o resultado da migração de áreas rurais (na forma de um crescimento rápido e desordenado até os dias 
de hoje), tornando mais difícil o suprimento das necessidades básicas de habitação, saneamento básico, 
alimentação, entre outros. Tudo isso resultou, entre outros fatores, na degradação do ambiente urbano e 
com consequências importantes para a eficiência ambiental das edificações (SANTAMOURIS, M (ed.), 2001).
No contexto dos climas tropicais de baixa latitude, estima-se que ainda existe muito a descobrir sobre o 
estado da atmosfera tropical ou seus processos fundamentais. A maioria dos trabalhos sobre climas tropicais 
ainda baseia-se unicamente em dados meteorológicos-padrão já existentes, obtidos em regiões localizadas 
frequentemente em áreas suburbanas de aeroportos e que raramente são ideais para o monitoramento 
urbano. Dessa forma, os pesquisadores não podem contar com uma rede meteorológica densa, e isso inclui 
ainda escassez de equipamentos apropriados para estudos adequados da camada limite urbana.
Sabe-se que uma das grandes discussões hoje sobre a otimização dos espaços urbanos está no adensa-
mento, ou não, dos centros das cidades, e os impactos ambientais consequentes. Do mesmo modo, áreas 
de crescente valorização imobiliária nas grandes, médias e pequenas cidades são desordenadamente 
ocupadas. A climatologia urbana e o conforto térmico urbano contam com o envolvimento de profissionais 
de formações acadêmicas bastante diferenciadas. Nesse contexto, torna-se importante o desenvolvimento 
de pesquisas que auxiliem o planejador urbano quanto à possibilidade de trabalhar com simulações que 
mostrem diversas alternativas de organização dos espaços urbanos, fundamentadas não apenas em critérios 
técnicos e de desenho, mas também com ênfase em critérios ambientais, entre os quais, o de conforto dos 
ambientes urbanos. Destaca-se ainda, a importância dos processos climáticos oriundos do meio externo 
imediato na adequação climática das edificações, de modo a otimizar as condições de conforto térmico 
dos usuários e reduzir o consumo de energia através da utilização mais racional dos elementos do clima.
Hoje, mais do que nunca, as edificações devem adaptar-se rapidamente às novas situações derivadas das 
restrições energéticas atuais. A racionalização do uso de energia ativa nas edificações torna-se relevante 
quando se sabe que as soluções arquitetônicas de condicionamento natural entre espaços internos e ex-
ternos significam um excelente meio para se obter, nos ambientes internos, a minimização de gastos com 
energia elétrica para resfriamento e iluminação dos espaços.
Serão aqui apresentados os principais aspectos envolvidos no processo de produção de espaços urbanos 
e os consequentes impactos ambientais nas cidades. A partir da compreensão destes aspectos, inclui-se 
a abordagem sobre os fenômenos climáticos e as discussões sobre conforto térmico humano a partir do 
condicionamento natural. Espera-se, assim, contribuir para a difusão dos conhecimentos dos fenômenos 
climáticos urbanos a fim de subsidiar as atividades relacionadas ao planejamento e intervenções urbanas, 
auxiliando o desenvolvimento das práticas relacionadas à eficiência energética das edificações com qua-
lidade ambiental urbana.
1 INTRODUÇÃO À BIOCLIMATOLOGIA
Desde a pré-história, o ser humano cria novas condições de habitabilidade, modificando o ambiente cons-
truído e natural. A história da humanidade demonstra, entretanto, que nem sempre a interferência humana 
na paisagem foi marcada por degradação ambiental. 
Construir com princípios ecológicos, em harmonia com a natureza, foi algo que a humanidade também 
praticou. Já se percebia, assim, a preocupação com as considerações do meio no traçado e com a implan-
tação dos assentamentos. 
O clima é um importante fator responsável pela variação das paisagens e pela diversidade biológica na 
Terra. É responsável também pela diversidade de tipologias e variações arquitetônicas, assim como pelos 
diferentes hábitos e costumes humanos. 
As culturas antigas, por exemplo, principalmente as greco-romanas, destacaram-se pela produção de 
espaços criados a partir da captação do genius loci, ou seja, do espírito do lugar que confere o sentido e o 
significado do lugar.
O arquiteto Vitrúvio, que viveu no Século I d.C. e inaugurou os conceitos da teoria classicista da arquitetu-
ra, já destacava que a orientação adequada das construções e dos assentamentos proporciona melhores 
condições de habitabilidade do edifício e da cidade. A preocupação de Vitrúvio com o clima e a orientação 
dos edifícios resultou em um dos escritos mais antigos sobre o assunto. No seu tempo, a preocupação 
com a higiene e o conforto veio modificar mais ainda o traçado da cidade romana, sugerindo que as ruas 
pequenas ou vielas fossem orientadas no sentido de conter os desagradáveis ventos frios e os infecciosos 
ventos quentes.
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES12
 
Fotografia 1.1 : Maquete da Roma antiga, Museo 
della civiltà romana, Roma.
Fonte: Arquivo pessoal.
Na cidade medieval encontram-se vários elementos que demonstram a adaptação ao clima e ao lugar. 
O morador medieval procurava proteção contra o vento do inverno, evitando a construção de túneis de 
ventos, tais como a rua reta e larga. Além de estreitas e irregulares, as ruas medievais apresentavam curvas 
abruptas e interrupções, becos sem saída, para quebrar a força do vento.
No sudoeste dos EUA desenvolveu-se, desde o século VI, uma civilização indígena, conhecida por pueblos, 
distribuída pelos atuais estados do Novo México, Arizona e Colorado. Os pueblos eram construções justa-
postas, nas quais os pontos mais altos chegavam a ter mais de cinco pavimentos. Dentre eles destacam-
se o Taos Pueblo, ainda existente e explorado turisticamente pelos próprios índios, e o Pueblo Bonito 
(fotografias 1.1 e 1.2). O Pueblo Bonito destaca-se pela sua forma semicircular e escalonada, voltada para 
o sul, orientação que, de acordo com a latitude local e hemisfério, permite a incidência do sol de inverno, 
favorecendo ao máximo a insolação das unidades habitacionais nesta época. A implantação junto a uma 
encosta no lado norte, faz com que seja reduzida a insolação de verão e a incidência dos ventos frios de 
inverno vindos do norte.
Historicamente, as cidades gregas eram implantadas em função do Sol (fotografia 1.3), de modo que as 
suas edificações pudessem estar voltadas para ruas orientadas a leste - oeste (LECHNER, N., 2000). Os ro-
manos, do mesmo modo, garantiam, através de leis, como o Código de Justiniano, o direito ao acesso e 
aquecimento pelo sol.
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES 13
Fotografias 1.1 e 1.2: Vista do 
Taos Pueblo e do Pueblo Bonito, 
respectivamente. 
Fontes: Radeka (1998); Lloyd 
(2003).
Fotografia 1.3: Vista da cidade de Atenas, 
Grécia. 
Fonte: Fotonostra (2005).
Em assentamentos primitivos, próprios dos climas quentes e secos do mundo islâmico, o traçado de ruas 
estreitas e massa edificada formada por estruturas de vários andares ao longo das mesmas mostravam a 
resposta inteligente à necessidade de sombreamento nesse tipo de clima. (Fotografias 1.4 e 1.5)
Fotografias 1.5 e 1.6: Vista da cidade 
de Yazd, Irã e rua sombreada da 
cidade de Fez.
Fontes: Bonine (2004), Behling; 
Behling (1996).
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES14A consonância entre habitat e meio ambiente sempre ajudou o homem, ao longo da história, a refugiar-se 
contra a inconstância do meio climático, geográfico e natural. Neste sentido, a arquitetura vernácula, que 
utiliza conhecimentos empíricos transmitidos por gerações, fornece inúmeros exemplos da construção do 
abrigo humano em perfeita harmonia e adaptação com o meio, reunindo formas de expressão e conteúdo 
determinadas também pelas atividades sociais e culturais. Com base neste entendimento, a arquitetura 
pode ser entendida como uma concretização do espaço existencial a partir do relacionamento do homem 
com o meio em que vive (diagrama 1.1). 
Diagrama 1.1 - Influências do meio natural 
e humano sobre o ambiente construído.
Fonte: Castro (1987, p. 85).
O termo “arquitetura bioclimática” surgiu na década de 60 do século XX, a partir de pesquisas de Aladar e 
Victor Olgyay (OLGYAY, A. OLGYAY, V., 1998). Esta consiste na adequada e harmoniosa relação entre ambiente 
construído, clima e seus processos de troca de energia, tendo como objetivo final o conforto ambiental 
humano. Mais do que parte do movimento ecológico mundial que se seguiu posterior, o bioclimatismo é 
uma das concepções que mais reforçam e contribuem para a eficiência térmico-energética de um edifício.
A bioclimatologia trata da relação entre o usuário e as condições climáticas, de modo que a arquitetura 
torne-se um “filtro” das condições exteriores, com a adequada envoltória. O termo “projeto bioclimático” 
(OLGYAY, V., 1963) foi utilizado para designar a arquitetura em harmonia com o meio natural.
Nem sempre é possível “construir com o clima”, mas é certo que, em quase todos os climas, quando o 
rigor climático não é extremado, é possível o condicionamento natural, através de técnicas seletivas ou 
conservativas de energia natural. Estas técnicas podem tornar os ambientes mais frescos nas épocas mais 
quentes e mais agradáveis nos dias frios, especialmente para programas arquitetônicos que não requerem 
cuidado especial com a climatização artificial dos ambientes. Por outro lado, sabe-se que a refrigeração e a 
calefação são soluções bastante eficazes para climatização interior, mas são dispendiosas e podem tornar 
o ambiente insalubre.
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES 15
Por essas razões, é importante levar em consideração os aspectos climáticos no processo projetual, desde 
a primeira fase de concepção, de modo que se obtenham ambientes confortáveis, salubres e com baixo 
consumo de energia.
Para o controle natural dos ambientes na concepção de projetos, é importante conhecer os fatores ex-
ternos (clima) de onde se está projetando. Assim, os espaços construídos poderão amenizar as condições 
externas, se desfavoráveis, proporcionando ambientes confortáveis e favoráveis à realização de atividades 
pelos seus usuários.
Uma arquitetura baseada na conservação de energia pode ser confortável, além de menos dispendiosa que 
a arquitetura “convencional”, baseada no uso de equipamentos mecânicos para resfriamento, aquecimento 
ou necessidade de iluminação.
Exemplos significativos de resposta arquitetônica frente às diferentes solicitações climáticas estão presen-
tes nas construções vernáculas e regionais, exemplos de equilíbrio térmico entre o abrigo e o ambiente. 
No Brasil, correspondem, entre outros exemplos, às casas ribeirinhas do vasto território amazônico, aos 
alpendres paulistas, às casas de taipa e palha do litoral nordestino, às varandas mineiras ou às residências 
em madeira, pedra e tijolo da serra gaúcha (fotografias 1.7, 1.8 e 1.9).
Fotografias 1.7, 1.8 e 1.9: Exemplos da arquitetura vernácula no Brasil: aldeia de pescadores na litoral alagoano, casa do 
período colonial cercada por varandas e casa de madeira na região sul.
Fontes: Leonardo Bittencourt (1993); Ferreira (2004, p.85).
Da mesma forma, a arquitetura dita “regional”, é uma resposta à indiferença da “internacionalização da arqui-
tetura” aos valores culturais, estéticos e climáticos de uma região. Apesar de ser ainda bastante discutida, é, 
sem dúvida, uma leitura eficiente da cultura de uma região, resgatando muitas vezes técnicas construtivas 
e tipologias tradicionais, traduzindo-as para um repertório atual.
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES16
Destaca-se a arquitetura de Severiano Porto, em Manaus. A Residência Robert Schuster na floresta, aberta 
ao vento, é feita com processos construtivos artesanais, utilizando-se de material obtido no local - madeira 
para estrutura, vedação e cobertura. O partido arquitetônico fica condicionado à redução da área destina-
da à construção para evitar a remoção de árvores e a abertura de grande clareira, que possam ocasionar 
a queda de árvores pela quebra do equilíbrio existente na floresta amazônica, onde as árvores possuem 
somente raízes superficiais (fotografia 1.10 e desenho 1.1).
Fotografia 1.10 e Desenho 1.1: Casa vernácula 
sobre palafitas no Rio Negro, adequadas às 
cheias do rio e a Residência Robert Schuster, 
projeto do Arquiteto Severiano Mário Porto.
Fonte: Rovo; Oliveira (2004).
No contexto urbano, o projeto e planejamento do sítio e da configuração do tecido urbano afetam e tem um 
importante impacto na resposta das edificações frente ao clima. No trópico úmido, algumas comunidades, 
como em Tocamacho, beneficiam-se da necessidade de resfriamento pela ventilação natural, com o afas-
tamento entre edificações e uso de vegetação alta, que não obstrui o fluxo de ar no nível das construções 
(fotografia 1.11 e desenho 1.2).
Fotografia 1.11 e desenho 1.2: 
Vilarejo em Tocamacho, Honduras, 
imagem das cabanas em palha 
e desenho da distribuição das 
mesmas.
Fontes: Garinagu (1999); Lechner 
(2000, p.283).
Desta forma, percebe-se que as concepções bioclimáticas podem ser aplicadas ao espaço urbano, de forma 
que os ambientes urbanos resultantes possam transformar-se em “filtros” dos elementos do clima adversos 
às condições de saúde e conforto térmico do homem. Todo o repertório do meio ambiente urbano (edifícios, 
vegetação, ruas, praças e mobiliário urbano) deve conjugar-se com o objetivo de satisfazer às exigências 
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES 17
de conforto térmico para as práticas sociais do homem (BUSTOS ROMERO, M.A., 2001). A importância da 
utilização dos princípios bioclimáticos na concepção e construção dos espaços, deve-se ao alcance da 
inter-relação entre os seguintes aspectos:
a) A dimensão humana e suas necessidades físico-biológicas associadas ao conforto; 
b) A dimensão ecológica, com a utilização de sistemas passivos de energia, obtidos a partir do potencial 
climático e ambiental local;
c) A dimensão econômica, com a redução de recursos financeiros e de consumo de energia, principalmente 
elétrica;
d) A dimensão cultural, com a preservação de padrões arquitetônicos locais, reforçando e promovendo a 
identidade arquitetônica regional e nacional;
e) A dimensão espacial, a partir de uma arquitetura planejada para interagir com a natureza e promover 
conjuntos urbano-arquitetônicos mais equilibrados do ponto de vista espacial e ambiental;
f ) A dimensão tecnológica, com o desenvolvimento de novas técnicas, sistemas passivos, materiais e 
componentes arquitetônicos, assim como, de mecanismos de avaliação e monitoramento da eficiência 
energética da edificação.
Percebe-se, assim, que a incorporação dos elementos próprios do lugar, especialmente os ambientais, que 
são os que outorgam caráter e definem a cidade, permite realizar um planejamento local específico, mais 
adequado à grande diversidade regional. A consideração destes elementos nos permite atender melhor 
às exigências da qualidade de vida humana(BUSTOS ROMERO, M. A., 2003).
2 CLIMA: CONCEITO, CARACTERIZAÇÃO E UTILIZAÇÃO
O clima é o resultado dinâmico de fatores globais (latitude, altitude, continentalidade, etc.), locais (revesti-
mento do solo, topografia) e de elementos (temperatura, umidade, velocidade dos ventos, etc.) que dão feição 
a uma dada localidade. É a integração dos estados físicos do ambiente atmosférico (tempo), característico de 
certa localidade geográfica, de modo que não há dois climas rigorosamente iguais (KOENIGSBERGER, O. H.; 
MAYHEW, A.; SZOKOLAY, S.V., 1977). É a feição característica e permanente do tempo, constante e previsível.
Adequar o ambiente construído ao clima de um determinado local significa construir espaços que possi-
bilitem ao homem melhores condições de conforto, além de permitir a valorização dos aspectos culturais, 
sociais e ambientais das diferentes regiões que compõem o planeta. A definição do tipo de clima é baseada 
no levantamento das características da atmosfera, inferidas de observações realizadas durante um longo 
período, abrangendo um número significativo de dados referentes às principais variáveis climáticas.
Dentre os elementos do clima, pode-se afirmar que os que mais afetam o conforto humano são a temperatura 
do ar e a umidade do ar, sendo a radiação solar e a ventilação, os fatores climáticos mais representativos no 
processo (GIVONI, B., 1976). Atribui-se, portanto, aos elementos climáticos, a qualidade de definir e fornecer 
os componentes do clima, e aos fatores climáticos, a qualidade de condicionar, determinar e dar origem ao 
clima. Os chamados fatores locais introduzem variações no clima condicionando, determinando e dando 
origem aos diferentes microclimas verificados em ambientes restritos, como um bairro ou uma rua. Desta 
forma, o clima de uma área é composto pelos fatores climáticos, globais e locais, e pelos elementos climáticos.
Nas estações meteorológicas, são registradas, comumente, na forma de tabelas ou gráficos, as seguintes 
variáveis climáticas: temperatura do bulbo seco, umidade (absoluta ou relativa), movimento do ar (velo-
cidade e direção dos ventos), precipitação (em mm por unidade de tempo - dia, mês, ano), nebulosidade 
(em fração do céu - em oitavas), duração da luz do sol e radiação solar. 
As condições climáticas externas são determinadas através de análise estatística de dados climáticos de 
séries históricas longas (30 anos - normais climatológicas). No projeto arquitetônico, gráficos climáticos e 
cartas solares são bastante úteis para análise. Conhecendo-se o comportamento dessas variáveis, pode-se 
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES20
obter um primeiro diagnóstico de seu clima e das principais estratégias de projeto. A escolha das estratégias 
deve ser feita em função do tipo de clima e do tipo de edificação.
Pode-se definir tempo (estado essencialmente variável) como estado atmosférico em um determinado 
momento, considerado em relação a todos os fenômenos meteorológicos: temperatura, umidade e ventos. 
Já a definição de clima (estado constante e previsível) está relacionada à feição característica e permanente 
do tempo, num lugar em meio a suas infinitas variações (MASCARÓ, L., 1996). A informação climática deve 
ser considerada em três níveis:
1. Dados macroclimáticos: descrevem o clima geral de uma região. São obtidos nas estações meteorológicas;
2. Dados mesoclimáticos: informam as modificações do macroclima, provocadas pela topografia local;
3. Dados microclimáticos: informam os efeitos das ações humanas sobre o entorno, assim como a influência 
que essas modificações exercem sobre os recintos urbanos.
2.1 Fatores climáticos globais
2.1.1 Radiação solar
Radiação Solar é energia eletromagnética, de onda curta, emitida pelo sol, sendo parcialmente absorvida 
pela atmosfera terrestre. A intensidade da radiação solar varia em função das atividades solares e da distância 
da Terra ao Sol. O curto comprimento é dividido em três escalas: a infravermelha, <0,4µm, a visível, de 0,4µm 
a 0,76µm, e a ultravioleta, >0,76µm (1 µm corresponde a 1 micrômetro sendo equivalente a 10-6m). O ozônio 
absorve a maior parte dos raios ultravioleta e aqueles de menor comprimento de onda, fazendo com que ape-
nas uma pequena parcela chegue à superfície da terra. Os vapores d’água e o dióxido de carbono absorvem 
grande parte dos raios infravermelhos, reduzindo sua carga térmica. A parcela de radiação restante é absorvida 
pelas superfícies terrestres e reemitida ao meio sob forma de ondas longas, produzindo um aumento da tem-
peratura do ar. Tal reemissão varia segundo o albedo de cada superfície, isto é, segundo a porção de radiação 
incidente refletida pela superfície. 
A maior influência da radiação solar ocorre na distribuição da temperatura do globo. Quanto maior a altitude 
do sol (Esquema 2.1), mais concentrada será a intensidade da radiação por unidade de área e menor será 
o albedo. A altitude do sol (ângulo entre seus raios e uma tangente à superfície no ponto de observação) 
é determinada pela latitude do local, pelo período do dia e pela estação. 
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Esquema 2.1: Localização da posição do sol: 
Azimute (A), altura (a). 
Fonte: adaptado de Bardou; Arzoumanian 
(1984, p.20).
2.1.2 Latitude 
A latitude é a distância contada em graus da linha do equador, no sentido Norte e Sul, de 0° a 90°, medida 
pelos paralelos. Possui influência principal no controle sobre a quantidade de insolação que um determinado 
local recebe (Esquema 2.2).
Esquema 2.2: Influên-
cia da latitude na in-
tensidade da radiação 
solar incidente. Fonte: 
adaptado de Bardou; 
Arzoumanian (1984, 
p.19).
A radiação solar diminui com o aumento da latitude e o aquecimento diferenciado. Dentre outras con-
sequências, faz alterar a pressão atmosférica, diminuindo nos trópicos, onde o ar aquecido tende a subir, 
resfriando-se a grandes alturas e deslocando-se para zonas mais frias.
Os valores máximos de temperatura do ar não são encontrados no equador, e sim nos trópicos. Os fatores 
que contribuem para esse fenômeno são os seguintes (MASCARÓ, L., 1996):
1. A migração aparente do sol no zênite é relativamente rápida durante sua passagem pelo equador, mas 
sua velocidade diminui à medida que se aproxima dos trópicos;
2. Entre os 6°N e os 6°S os raios do sol permanecem quase verticais durante apenas 30 dias dos equinócios 
(significa “dias iguais”, com uma distribuição simétrica de radiação solar para os dois hemisférios, corres-
pondendo às estações de outono e primavera), não havendo tempo para armazenar calor na superfície e 
originar altas temperaturas.
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2.1.3 Altitude
A altitude é referenciada pela elevação de um ponto acima do nível do mar, tendo influência direta na tem-
peratura do ar, pois, aumentando-se a altura, o ar estará menos carregado de partículas sólidas e líquidas. São 
justamente estas partículas que absorvem as radiações solares e as difundem aumentando a temperatura do ar.
O gradiente termométrico do ar é de aproximadamente 1°C para cada 200m de altura, com pouca variação 
em relação à latitude e às estações (BUSTOS ROMERO, 1988).
2.1.4 Regime dos ventos
O regime dos ventos é determinado pelas correntes de convecção na atmosfera, que tendem a igualar o 
aquecimento diferencial das diversas zonas do globo terrestre. A diferença de pressão, ou de temperatura entre 
dois pontos da atmosfera, gera um fluxo de ar, que se desloca das regiões mais frias (alta pressão - anticiclone), 
para as regiões mais quentes (baixa pressão - ciclone) - (esquema 2.3).
Esquema 2.3: Padrão de circulação do vento 
na atmosfera.
Fonte: Köenigsberger et al.(1977, p.32)
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2.1.5 Massas de água e terra
A proporção entre as massas de terra e os corpos de água produz um impacto característico no clima, pelo 
amortecimento das variações térmicas, aumento da umidade do ar, alteração de pluviosidade e a indução de 
brisas locais.
As massas de água, especificamente, possuem um considerável efeito estabilizador, contribuindo para a 
redução de temperaturas extremas diurnas e estacionais, devido à diferente capacidade de armazenamento 
de calor em relação às massas de terra. Isso ocorre porque os corpos d’água apresentam uma capacidade 
de armazenamento de calor significativamente maior do que o solo, exercendo um importante papel de 
volante térmico, formando correntes de convecção (NASCIMENTO, C. C., 1993).
Algumas pesquisas comprovaram que quanto maior as distâncias das amostras de uso do solo das grandes 
massas de água, maiores são as amplitudes térmicas (SAMPAIO, H. L., 1981).
A presença de corpos d’água tem participação relevante na modificação do efeito do aquecimento nas 
cidades, devido às grandes diferenças no balanço energético entre superfície urbana e superfície de água 
(DUFNER, K.L. et al., 1993). Em padrões diferenciados de uso do solo, a proximidade do oceano assume 
importância sobre as variações de temperatura na cidade (SAMPAIO, H. L., 1981). É evidente, ainda, o efeito 
positivo de massas d’água em áreas urbanas no microclima de áreas vizinhas, melhorando a qualidade 
climática dessas regiões (MURAKAWA, S. et al., 1991).
As brisas que sopram do mar podem ser desviadas por acidentes topográficos, provocando a sotavento 
uma região árida, como acontece no sertão (esquema 2.4).
Esquema 2.4: Deslocamento e 
desvio de massas úmidas: falta de 
chuva no sertão. 
Fonte: Bustos Romero (1988, 
p.30).
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2.2 Fatores climáticos locais
2.2.1 Topografia
A topografia influencia na redução de temperatura, quando ocorrem mudanças na elevação e orientação 
do sítio, devido à diferença de radiação solar incidente.
Um relevo acidentado pode, também, atuar como barreira à ventilação, modificando, muitas vezes, as 
condições de umidade e de temperatura do ar em escala regional (esquemas 2.5 e 2.6). 
Alguns estudos sobre o efeito da urbanização no aumento da temperatura da cidade comprovam que o 
posicionamento do sítio dos recintos urbanos pode resultar também em benefícios para a qualidade tér-
mica dos assentamentos urbanos. Uma pesquisa realizada na cidade de Salvador-BA, baseada na análise de 
diferentes bairros, como o de São Pedro, de uso predominante de comércio e serviços, possuindo edifícios 
altos, com uma taxa de ocupação do solo na ordem de 73%, constatou que este bairro não obteve altas 
elevações de temperatura. Ou seja, a posição privilegiada do sítio no qual se assenta o respectivo bairro, 
facilita sua exposição à ventilação predominante, amenizando as suas possibilidades de armazenar calor 
nas massas edificadas (SAMPAIO, H. L., 1981).
Esquema 2. 5: Efeitos do relevo na incidência dos 
ventos predominantes - posições privilegiadas (pon-
tos pretos) e desprivilegiadas (pontos brancos) de 
assentamentos a partir de diferentes conformações 
de relevo.
Fonte: Oke (1999, p.183)
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Esquema 2.6: Efeitos do relevo na incidência dos ventos predo-
minantes a partir de diferentes conformações de relevo.
Fonte: Adaptado de Oke (1999, p.185).
No Deserto do Colorado, nos E.U.A., o povo de Mesa Verde construiu suas habitações protegidas do sol 
pelas encostas de pedra, sombreando as habitações no verão quente e seco. No inverno, quando a incli-
nação do sol é mais baixa, os raios solares atingem as edificações aquecendo-as durante o dia (esquema 
2.7 e fotografia 2.1).
Esquema 2.7 e fotografia 2.1: Exemplo do aproveitamento da topografia para a implantação adequada de assentamen-
tos - povoado de Mesa Verde, E.U.A. 
Fontes: Lamberts; Dutra; Pereira (2004, p.16); Lechner (2000, p.251).
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2.2.2 Revestimento do solo 
Os revestimentos do solo podem ser massas d’água, cobertura vegetal ou revestimentos artificiais de urba-
nização, que apresentam implicações climáticas de caráter local. As massas d’água, como já exposto anterior-
mente, funcionam no amortecimento e diferenciação das variações térmicas, provocam aumento de umidade, 
alteração de pluviosidade e indução de ventos locais (esquema 2.8). A cobertura vegetal, quando por florestas 
tropicais, afeta o clima de grandes regiões, provocando a diminuição da temperatura média local e redução 
da amplitude térmica, diminuindo a absorção de calor e aumentando a umidade relativa.
Esquema 2.8: Brisas do mar 
e da terra durante o dia e 
durante a noite
Fonte: Lechner (2000, p. 70)
A taxa de umidade do solo é diretamente proporcional à sua condutibilidade térmica. O solo pouco úmido 
absorve rapidamente o calor incidente durante o dia, liberando-o à noite e provocando uma elevada am-
plitude térmica. Os materiais que possuem um albedo baixo e uma condutividade alta proporcionam um 
microclima suave e estável, enquanto que o inverso contribui para a criação de um microclima de extremos 
(BUSTOS ROMERO, M. A., 1988). 
Através do esquema 2.9, pode-se observar que os diferentes tipos de revestimentos e materiais urbanos 
possuem albedos diferenciados. Desta forma, verifica-se que a qualidade térmica dos recintos urbanos 
também será fortemente influenciada pelas propriedades termo-físicas dos materiais adotados. A capaci-
dade de reflexão e absorção dos diversos materiais, em relação à luz e ao calor, depende diretamente de 
suas propriedades físicas como densidade, textura e cor. Influenciam consideravelmente na quantidade de 
energia térmica acumulada e irradiada para a atmosfera, contribuindo para um aumento da temperatura 
do ar (expresso pelo albedo, absorção e emissividade).
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES 27
Esquema 2.9: Valores do albedo de 
diferentes materiais e superfícies 
urbanas. 
Fonte: Espere-enc (2003).
2.3 Elementos climáticos e o meio urbano
Os elementos climáticos - especialmente a temperatura, umidade, radiação, ventos, nebulosidade e chu-
vas - sofrem influência do ambiente urbano. Esses elementos atuam de forma integrada, influenciando-se 
mutuamente. 
2.3.1 Temperatura do ar
A temperatura do ar é resultante do aquecimento e resfriamento da superfície da terra, por processos in-
diretos, já que o ar é transparente à radiação solar. O balanço térmico da superfície terrestre é constituído por 
fenômenos como evaporação, convecção, condução e emissão de radiação de ondas longas.
Na cidade, a temperatura do ar é geralmente maior do que na área rural circundante, tanto que na litera-
tura específica a cidade é tratada como uma ilha de calor. Vários estudos e pesquisas tem constatado essa 
diferença comprovando o registro de média de temperatura anual de 0,5°C a 3°C a mais e de 10% a menos 
em relação ao meio rural, principalmente em dias de uso de aquecimento da cidade com equipamentos 
de climatização artificial (LANDSBERG, H.E., 1997).
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2.3.2. Umidade
Umidade é o termo usado para descrever a quantidade de vapor d’água contido na atmosfera. Embora o vapor 
d’água represente apenas 2% da massa total da atmosfera, ele é o componente atmosférico mais importante 
na determinação do tempo e do clima. Por ser a origem de todas as formas de condensação e precipitação 
e de absorver tanto a radiação solar quanto a terrestre, exerce umgrande efeito sobre a temperatura do ar e 
constitui-se em fator determinante da sensação de conforto térmico humano.
Há varias maneiras de medir o conteúdo de umidade da atmosfera: umidade absoluta, umidade específica, 
índice de umidade, temperatura de ponto de orvalho, umidade relativa, pressão de vapor1. Destas, a umidade 
relativa é a mais usada, e indica o grau de saturação do ar (%). É fortemente influenciada pela temperatura 
do ar, sendo inversamente proporcional a esta.
Apesar da maior quantidade de vapor presente na atmosfera urbana, em função das atividades antropo-
gênicas, a umidade relativa é, em média, 6% menor na cidade, se comparada com a encontrada no campo, 
devido ao incremento da temperatura urbana (LANDSBERG, H.E., 1997).
A diminuição da umidade relativa do ar nas cidades é uma característica importante do clima urbano. A 
maior quantidade de superfícies impermeabilizadas nas cidades provoca o rápido escoamento das águas 
de chuva e reduz o índice de evapotranspiração.
É importante observar que apesar das áreas urbanas provocarem a diminuição da umidade, podem tam-
bém incrementá-la por processos liberadores de vapor d’água (combustão). Em climas quentes e secos, o 
incremento do teor de umidade do ar é importante, e pode ser alcançado através de estratégias projetuais 
que incluam, no recinto urbano, água e vegetação (fotografia 2.2).
1 Umidade absoluta: representa o peso de vapor d’água por unidade de volume de ar expressa em gramas por metro cúbico 
de ar (g/m³); Umidade relativa: porcentagem da quantidade de vapor d’água existente no ar e a quantidade máxima que 
este pode conter nas mesmas condições de temperatura e pressão quando saturado (%); Umidade específica: indica o peso 
do vapor d’água por unidade de peso de ar (g/Kg); Pressão de vapor: pressão global decorrente do vapor d’água (mm/hg). 
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES 29
Fotografia 2.2: Exemplo de utilização de espelhos d’água 
para incremento da umidade relativa do ar em edifica-
ção de clima quente e seco. 
Fonte: Leonardo Bittencourt (1992).
2.3.3 Radiação
A radiação total nas superfícies horizontais de uma estrutura urbana é cerca de 10% a 20% menor que em 
um arredor rural próximo. Da mesma forma, a duração da insolação é estimada entre 5% e 15% menor (LAN-
DSBERG, H.E., 1997). Essas condições dependem, fundamentalmente, da latitude do local e das condições do 
sítio urbano (montanhas, serras, grandes formações rochosas, etc.). Em escala microclimática, a massa edificada 
urbana modifica a duração da exposição nos espaços, provocando sombreamento do solo, sobre si mesmo, 
ou em outros edifícios (fotografia 2.3).
Fotografia 2.3: Exemplo da minimização da exposição à radiação 
solar nos espaços urbanos: sombreamento dos logradouros a parir 
da aproximação dos blocos de massa edificada - Rua de Marrakesh.
Fonte: Eggy’s photo [200-].
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES30
2.3.4 Ventos
O movimento do ar é resultado das diferenças de pressão atmosférica verificadas pela influência direta da 
temperatura do ar, deslocando-se horizontalmente e verticalmente. O movimento horizontal está relacionado 
às diferenças de temperatura da superfície terrestre, e o movimento vertical, ao perfil de temperatura.
No centro urbano, a velocidade do vento é mais baixa que nos arredores. O ar tende a se mover mais devagar 
próximo ao solo e aumenta a sua velocidade com a altura. Além do mais, o vento, ao chegar à cidade, pode 
mudar de direção, ao seguir os túneis criados pelas ruas com edificações altas em ambos os lados, ou ao 
incidir em edificações perpendiculares à direção original do vento.
A diminuição da velocidade do vento está relacionada à rugosidade da superfície edificada na cidade. 
Contudo, em alguns casos, a configuração de vias e edifícios pode acelerar a velocidade do vento urbano - 
efeito de canalização de ruas, efeito de pilotis, desvio do fluxo de ar até o solo por edifícios altos (quadro 2.1).
Quadro 2.1: Efeitos 
aerodinâmicos do 
vento. Fonte: Bus-
tos Romero (1988).
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES 31
A turbulência criada pelas edificações e traçado viário modifica a direção dos ventos na cidade (esquema 
2.10). Pequenas brisas podem, ainda, ser formadas a partir dos contrastes de temperatura entre diferentes 
setores dentro da área urbana.
Esquema 2.10: Efeito da turbu-
lência e formação de sombras de 
vento em diferentes posiciona-
mentos da massa edificada. 
Fonte: Oke (1999 pp. 265).
A convergência de fluxos de ar, da periferia ao centro, quando o vento regional está fraco ou em calmaria, 
denomina-se brisa urbana. Surge a partir do estabelecimento de um gradiente horizontal de temperatura, 
e quando a ilha de calor (denominação atribuída ao maior aquecimento das cidades em relação a sua área 
periférica ou rural) apresenta-se bem desenvolvida. O ar mais fresco, ao chegar à cidade, reduz temporal-
mente a intensidade da ilha de calor. Cria-se, assim, um sistema de circulação local, de modo que o ar mais 
fresco procedente do campo ou da periferia dirige-se ao centro urbano, de onde ascende, para retornar ao 
campo, onde, já mais frio, descende novamente. Esse fenômeno é, em geral, intermitente.
A rugosidade (Zg) é um parâmetro que expressa a morfologia geométrica da superfície (esquema 2.11), cujo 
conceito significa a medida da rugosidade aerodinâmica da superfície, relacionada, à altura dos elementos, 
como também, à forma e distribuição da densidade destes (OKE, 1996).
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES32
Esquema 2.11: Representação 
esquemática do perfil do ven-
to em diferentes ambientes, a 
partir da influência do tipo de 
rugosidade. 
Fonte: Oke (1996).
Assim, (1)
Onde:
h = altura média do elemento de rugosidade (m);
A* = “área de silhueta”, ou área da face do elemento, na direção perpendicular à do vento (m2);
A’= área ocupada pelo elemento (m2).
Através da tabela 3.1, podem-se observar alguns valores de rugosidade de diferentes superfícies urbanas 
e a respectiva classificação destas tipologias na perspectiva do clima urbano.
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES 33
Tabela 2.1 - Critérios para 
um sistema de classificação 
urbana.
Fonte: Katzschner (1997, 
p.52)
Em uma área urbana, os elementos de rugosidade são principalmente suas edificações, o que torna a cidade 
a mais rugosa das superfícies. Em face da dificuldade de sua medição para problemas práticos relacionados 
ao meio ambiente urbano (OKE, T. R., 1996), sugere-se os seguintes valores típicos para rugosidade em 
terrenos urbanizados, expressos na tabela 2.2:
Tabela 2.2 - 
Valores típicos 
da rugosidade 
Zg para terrenos 
urbanizados.
Fonte: Oke 
(1996, p.298).
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES34
2.3.5 Nebulosidade
A atmosfera urbana contém numerosas partículas ao redor das quais o vapor d’água pode condensar-se, 
incrementando a turbidez, e consequentemente, afetando a visibilidade urbana. 
2.3.6 Precipitações
As precipitações são o resultado de qualquer deposição em forma líquida ou sólida derivada da atmosfera. 
Refere-se, portanto, às várias formas líquidas e congeladas de água, como chuva, neve, granizo, orvalho, geada 
e nevoeiro. A evaporação das águas de superfície leva à formação de chuva e outras precipitações. Esta água 
flui através dos córregos, rios, etc., voltando para o oceano e completando o ciclo hidrológico (esquema 2.12). 
O acúmulo de poluentes na atmosfera urbana lhe dá maior densidade e, consequentemente,maior acúmulo 
de energia térmica nessa atmosfera (efeito estufa). A corrente de ar quente ascendente, junto ao aumento de 
poluentes, pode provocar um aumento de precipitações, que podem ser danosas (chuva ácida) à cidade, cor-
roendo a massa construída, prejudicando a vida ali existente e poluindo os cursos d’água ao serem canalizados.
Esquema 2. 12: Represen-
tação das transformações 
nos processos referentes ao 
ciclo hidrológico através da 
urbanização: A) Meio rural. 
B) Meio urbanizado.
Fonte: Houge (1998, p.40).
A condensação do vapor d’água, em forma de chuva, provém, em grande parte, de massas de ar úmido em 
ascensão, esfriadas rapidamente pelo contato com massas de ar mais frias. No ambiente urbano, a maior 
precipitação nas cidades em relação ao campo circundante deve-se, fundamentalmente, aos movimentos 
ascendentes do ar sobre a cidade devido à ilha de calor; à turbulência resultante de obstáculos próprios do 
ambiente da cidade e da nebulosidade urbana, proveniente da presença de partículas na atmosfera da cidade.
A quantidade de chuva de uma área urbana depende fundamentalmente do seu clima, mas a presença 
de uma cidade pode incrementar o acúmulo natural de chuva, em comparação com uma área não urbana 
próxima. Por outro lado, a evapotranspiração é baixa nas cidades, já que há menor proporção de áreas verdes 
e corpos d’água. Através da tabela 2.3, pode-se identificar as principais alterações climáticas produzidas 
pelas cidades.
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES 35
Tabela 2.3 - Alterações climá-
ticas locais produzidas pelas 
cidades.
Fonte: Arquivo pessoal.
3 A URBANIZAÇÃO E SEUS EFEITOS NO CLIMA DA 
CIDADE
O ambiente urbano é diferenciado pela ação antrópica sobre o meio natural, e gera o chamado “clima urba-
no”, ou situação climática típica das cidades. Os climas urbanos distinguem-se daqueles com áreas menos 
construídas por diferenças de temperaturas do ar, umidade, velocidade e direção dos ventos e quantidade 
de precipitação.
A atmosfera complexa da cidade gera diferenças de temperatura e, consequentemente, pressões diferencia-
das, gerando correntes ascendentes de ar e diminuição da porcentagem de umidade relativa do ar. A massa 
edificada urbana também pode diminuir a duração de exposição ao sol dos espaços, com o sombreamento.
O ambiente da cidade gera modificações climáticas devido às fontes adicionais de calor, de caráter antropo-
gênico, e da composição dos materiais de sua superfície, a maioria bons condutores térmicos e com grande 
capacidade calorífica. Esse fato interfere nos elementos do clima, alterando a composição de sua atmosfera.
Dentre os aspectos que caracterizam o clima urbano, podem-se citar como principais os seguintes (LOM-
BARDO, M. A., 1995):
a) o clima urbano é uma modificação substancial de um clima local;
b) o desenvolvimento urbano tende a acentuar ou eliminar as diferenças causadas pela posição do sítio.
Sobre a relação cidade - campo:
a) a cidade modifica o clima através de alterações complexas na superfície;
b) a cidade tem fontes adicionais de calor, de caráter antropogênico, além de se constituir de materiais, na 
sua maioria, bons condutores térmicos e com grande capacidade calorífica;
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES38
c) a cidade aumenta a produção de calor, com consequente modificação na ventilação, umidade e preci-
pitações;
d) a cidade altera a composição da atmosfera resultando, na maioria das vezes, em condições adversas.
A forma urbana pode ser definida como o produto das relações estabelecidas pelo homem entre a morfo-
logia da massa edificada e a morfologia dos espaços exteriores de permanência e circulação; e entre essas 
e a morfologia do solo / paisagem (OLGYAY, V., 1998).
A parcela armazenada no balanço energético é substancialmente modificada pela urbanização, com a 
diminuição da dissipação de calor e maior armazenamento de energia térmica. Dentre os principais fatores 
dessas mudanças estão: a localização da cidade dentro da região, o tamanho das cidades, a densidade da 
área construída, a cobertura do solo, a altura dos edifícios, a orientação e a largura das ruas, a divisão dos 
lotes, os efeitos dos parques e áreas verdes e detalhes especiais do desenho dos edifícios (GIVONI, B., 1998).
Alguns estudos apontam que características da morfologia do solo e paisagem (como a convexidade ou 
concavidade do sítio) e da forma urbana, são condicionantes do clima urbano: rugosidade e porosidade, 
densidade de construção, tamanho (horizontal e vertical), ocupação do solo, orientação, permeabilidade 
do solo e propriedades termodinâmicas dos materiais constituintes (OLIVEIRA, P., 1987), sintetizados no 
quadro 3.1., de acordo com os atributos bioclimatizantes da forma urbana:
a) Porosidade: corresponde ao espaçamento entre as edificações e/ou arranjos morfológicos, diversidade 
de alturas das edificações e índice de fragmentação das áreas construídas que conferem maior ou menor 
permeabilidade aos ventos do tecido urbano. A diminuição da porosidade da malha urbana (redução de 
índices que definem afastamentos mínimos) entre o edifício e o limite do lote e o aumento do gabarito das 
edificações (altura da edificação) reduzem a velocidade dos ventos.
b) Rugosidade: corresponde a maior ou menor fricção entre a superfície urbana e os ventos que a atraves-
sam. Deve-se, em climas quentes e úmidos, tornar a malha urbana mais porosa, aumentando as dimensões 
dos recuos (mínimos e adicionais) e incentivar o uso de pilotis ou de pavimentos intermediários vazados, 
propiciando uma melhor ventilação natural na malha urbana, evitando a formação de ilhas de calor. Nos 
climas quentes e úmidos, as ruas devem ser largas para permitir a ventilação do tecido urbano, devem pos-
sibilitar o sombreamento por vegetação ou por elementos construídos do lado do poente, ser orientadas 
procurando a sombra e oferecer aos pedestres caminhos sombreados.
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES 39
c) Densidade de construção: corresponde aos aspectos relacionados a taxas de ocupação da área constru-
ída, distâncias entre edificações e alturas médias dos edifícios, além de detalhes da estrutura urbana como 
tamanho e forma das edificações e posição relativa entre as mesmas. Há estreita correlação entre densidade 
populacional e condições de conforto dentro de uma estrutura urbana. Givoni (1992) observa que para um 
clima quente-úmido, as melhores condições de conforto são obtidas com edifícios altos e estreitos (torres), 
posicionados distantes um do outro de acordo com a densidade do local. Em climas quentes e secos, por 
outro lado, uma mesma altura de edificações deve ser estimulada.
d) Tamanho da cidade (horizontal e Vertical): O tamanho da cidade influi na quantidade de fontes produtoras 
de calor e de poluentes, bem como as áreas com crescimento vertical intenso também estão associadas às 
altas temperaturas urbanas. Os padrões de ocupação com maior densidade tendem a possuir as maiores 
médias de temperatura, enquanto que os padrões de ocupação com menores taxas tendem a possuir as 
menores médias.
e) Uso e ocupação do solo: influenciam na distribuição das temperaturas dentro das estruturas urbanas, 
concentração/dispersão de atividades de acordo com o tempo (dias úteis / fins de semana); centralização/
descentralização de atividades (maior massa construída nos centros urbanos) e a proporção de áreas verdes.
f ) Orientação: refere-se à influência da insolação e da incidência dos ventos e/ou modificações na mor-
fologia do solo/paisagem e barreiras edificadas. Nos climas quentes e úmidos, as ruas devem ser largas 
para permitir a ventilação do tecido urbano. Devem possibilitar o sombreamentopor vegetação ou por 
elementos construídos do lado do poente. 
g) Permeabilidade do solo urbano: está relacionada com a quantidade de superfície do solo urbano 
recoberto de edificações e construções (pavimentada) e a quantidade de solo nu compactado. A baixa 
permeabilidade pode provocar a Redução da umidade do ar e da evaporação na área urbana, decorrente 
da pouca absorção das águas pluviais pela superfície do solo; maior quantidade de calor acumulado e altas 
temperaturas na estrutura urbana; além da tendência cíclica de inundações.
h) Propriedades termodinâmicas dos materiais constituintes: corresponde às propriedades físicas como 
albedo, absortância à radiação solar, emissividade, inércia térmica e índices de impermeabilidade dos 
materiais da massa edificada. As maiores temperaturas em áreas urbanas podem ser diagnosticadas em 
locais revestidos por superfície escura e impermeável, com incidência de concreto, cimento e pavimentação 
asfáltica, materiais bons condutores térmicos e com grande capacidade calorífica.
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES40
 
Quadro 3.1: Relação entre 
os principais atributos da 
forma urbana e as con-
sequências no ambiente 
urbano. Fonte: adaptado 
de Oliveira (1988).
CL IMA URBANO E EF IC IÊNC IA ENERGÉT ICA NAS ED IF ICAÇÕES 41
3.1 Escalas de medição em clima urbano e camadas atmosféricas urbanas
O conceito de escala em estudos relacionados ao clima urbano é fundamental para realização e análise de 
medições, de modo que estas se tornem ferramentas representativas do meio ambiente meteorológico, em lugar 
do clima em geral, e forneça dados e suporte às necessidades de aplicação no projeto e planejamento urbano. 
As considerações, relativas ao clima urbano, podem ser verificadas em várias escalas. Alguns estudos apon-
tam por ordem hierárquica de abrangência, a escala do clima regional, a escala das modificações devido 
à orografia e a escala das modificações provocadas por edificações ou grupo de edificações (CHANDLER, 
T.J. (ed.), 1976).
A escala regional (macro-escala) é relacionada às propriedades meteorológicas. A escala das modificações 
provocadas pela orografia (meso-escala) propicia uma abordagem das diferenças climáticas causadas por 
pequenas mudanças de altitudes. A escala das edificações (micro-escala) evidencia a importância das de-
cisões sobre a forma e a orientação das estruturas urbanas e suas interferências no microclima do entorno. 
Dentro desse entendimento, a importância relativa das diferentes escalas climatológicas nos estágios de 
decisão de planejamento dentro da arquitetura e da construção é demonstrada no quadro 3.2:
Quadro 3.2: Escalas clima-
tológicas e sua impor-
tância nos estágios de 
planejamento de arquite-
tura e construção. Fonte: 
Chandler (1976, p.2).
Recentemente, convencionaram-se essas três escalas de particular interesse de áreas urbanas dentro das 
escalas horizontais: a micro-escala, a escala local e a meso-escala, além de três camadas verticais encon-
tradas em áreas urbanas: a camada intra-urbana, ou escala de cobertura urbana, a camada limite urbana e 
a subcamada de rugosidade (OKE, T.R., 2004).
a) Micro-escala - Os microclimas urbanos são definidos pelas superfícies e objetos dos arredores mais 
próximos podendo variar em distâncias muito pequenas, até mesmo em milímetros. As escalas típicas 
de microclimas urbanos correspondem à influência de prédios, árvores, estradas, ruas, jardins, pátios; 
estendendo-se de um até centenas de metros.
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b) Escala local - Nesta escala são necessárias estações climáticas para monitoramento urbano. Incluem as 
características da paisagem como a topografia, mas excluem os efeitos de micro-escala. Representa, em 
áreas urbanas, o clima de arredores com características similares de desenvolvimento urbano (cobertura 
de superfície, tamanho espaçamento de edificações). Variam de um a vários quilômetros.
c) Meso-escala - Consiste na escala da cidade como um todo, e normalmente tem extensão de dezenas de 
quilômetros. Por esse motivo, uma única estação não pode representar esta escala.
Dentro das camadas verticais atmosféricas urbanas, é possível estabelecer uma divisão simplificada da 
atmosfera urbana em duas camadas (LOMBARDO, M. A., 1995): a camada intra-urbana e a camada limite 
urbana2. A primeira, de nível microclimático, abrange desde o solo até, aproximadamente, o nível das 
coberturas das edificações (podendo desaparecer totalmente em grandes espaços abertos). A segunda 
equivale à escala mesoclimática, situando-se imediatamente acima da camada de cobertura urbana e com 
características influenciadas pela presença da cidade (esquema 3.1). Sob a influência de ventos regionais, 
esta última camada pode, a sotavento, separar-se da superfície, à medida que se desenvolve uma camada 
limite rural e passa a ser chamada de “pluma urbana”. Tanto a camada de cobertura urbana quanto a camada 
limite urbana são regidas pelas condições sinóticas do tempo, apresentadas pela macro-escala.
Esquema 3.1 - Representação da atmos-
fera urbana em duas camadas térmicas.
Fonte: Oke (1976, p.275).
Para cada um desses níveis, os efeitos da urbanização sobre o clima podem ser notados, sobretudo quando 
é considerada a distribuição térmica do ar nas cidades. A camada limite urbana é a porção onde as caracte-
rísticas climáticas estão modificadas pela presença da cidade na superfície. Estende-se, desta forma, desde 
os telhados dos edifícios até um nível abaixo do qual os fenômenos locais estão geridos pela natureza da 
superfície urbana.
2Tradução correspondente às expressões urban canopy layer e urban boundary layer, respectivamente. Para ASSIS (1990, 
p.18), a primeira pode ser chamada de “camada de cobertura urbana”.
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A camada intra-urbana é a capa de ar existente por debaixo da capa limite urbana, estendendo-se desde a 
superfície até ao nível que marca a altura dos telhados dos edifícios. Engloba, pois, todos aqueles setores 
entre os edifícios da cidade e que apresentam toda uma gama de microclimas inferidas pelos arredores 
mais imediatos.
Enquanto a camada limite urbana é um fenômeno de escala local a de mesoescala, a camada de cobertura 
urbana é governada por processos de microescala, presentes na camada intra-urbana das ruas, que formam 
os “canyons” entre as edificações3. A pluma urbana, por sua vez, é resultado do isolamento da camada mais 
quente urbana, mais acima da camada estável rural.
Essas duas camadas de influência - camada intra-urbana e camada limite urbana - tem extensões variadas 
no tempo e no espaço e aumentam e diminuem em estilo rítmico, de acordo com o ciclo solar diário.
Assim, em uma “situação ideal”, durante o dia, quando há transferência de calor para cima na direção da 
atmosfera mais fria, a altura da camada limite pode se estender para 1 km a 2 km. À noite, por outro lado, há 
uma transferência de calor para baixo, já que a superfície da terra esfria mais rapidamente que a atmosfera. 
A camada limite, consequentemente, pode reduzir-se a menos de 100 m4.
Na camada intra-urbana ocorrem as trocas de energia que afetam diretamente os moradores da cidade. 
Essas trocas dependem, em grande parte, da natureza da superfície e da forma das diversas estruturas 
urbanas (GIVONI, B., 1989).
3.2 O canyon urbano
Partindo-se de uma maneira simplificada de tratar a forma urbana e com objetivos relacionados à modelação 
climática, são comumente encontrados os termos “urban canyon” ou “street canyon”. Estes se referem a uma 
unidade geométrica, de natureza tridimensional, correspondendo a um perfil de via urbana de formaretangular, 
orientado sob um determinado ângulo, em relação ao eixo norte-sul. É composto por duas superfícies verticais 
de altura H e por uma superfície horizontal W, geralmente representativas das fachadas das edificações e da 
via de circulação urbana, respectivamente. Como suas dimensões absolutas não são, normalmente, relevantes, 
é comum considerar esta unidade como sendo adimensional e caracterizá-la pela razão entre a altura média 
e a largura do perfil, chamada de relação H/W (esquema 3.2). Sua extensão, também por simplificação, pode 
ser considerada infinita.
3 OKE (1996) sugere as seguintes escalas e seus limites, baseado em esquemas de classificação de distâncias horizontais: 
microescala: 10-2 a 103 m; escala local: 102 a 5 x 104 m e mesoescala: 104 a 2 x 105 m; macroescala: 105 a 108 m.
4 OKE (1996) resume os limites da camada limite em ~ 1 km (distância vertical) e ~50 km (distância horizontal), para o período 
de aproximadamente 1 dia.
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Esquema 3.2: Representação da variação 
da unidade geométrica - urban canyon ou 
street canyon.
Fonte: adaptado de Oke (1988, p.108).
O canyon urbano (esquema 3.3) consiste na principal unidade da camada intra-urbana, e refere-se ao volu-
me de ar delimitado pelas paredes e o solo entre dois edifícios adjacentes, e as inter-reflexões produzidas 
nas superfícies que o compõe, resultando em microclimas particulares dentro do macroclima da cidade. 
No balanço energético do canyon urbano é importante a determinação de fatores como a orientação, a 
relação entre largura das vias e altura das edificações e os materiais de construção utilizados.
Esquema 3.3: Corte esque-
mático de um canyon urbano 
com o volume de ar contido. 
Fonte: adaptado de Oke 
(1988).
Alguns estudos, por exemplo, demonstraram, através desta unidade, a interferência das edificações no 
fluxo de ar, diminuindo a transferência de calor sensível por turbulência (OKE, T. R., 1988). Seus resultados 
indicam os limites para os quais ocorre mudança do tipo de fluxo de ar, podendo ser extraídas as seguintes 
informações:
1. As edificações interferem no fluxo de ar, criando um campo de turbulência ao seu redor. Quanto mais 
afastadas umas das outras, portanto menores H/W, mais isolado se torna o campo de turbulência, não 
chegando a causar o impacto de uma edificação no fluxo de ar que atinge a outra;
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2. No caso de edificações mais próximas entre si, os campos de turbulência se interagem;
3. À medida que o espaçamento entre edificações diminui, o fluxo de ar tende a não penetrar entre elas, 
formando um campo isolado, que sofre pequeno movimento, provocado pelo atrito com as camadas su-
periores, causando assim uma diminuição na perda de calor por turbulência.
Da mesma forma, considerando-se a relação H/W, pode ser verificado o acesso solar de vias e a capacidade 
de absorção solar devido à geometria urbana. O aumento de cerca de 13% a 27% de absorção ocorre para 
H/W entre 0,5 e 2,0, comparados a um albedo de 0,40 para uma superfície plana (OKE, T. R., 1988). O albedo 
é mais pronunciado em épocas de sol mais baixo (inverno), aumentando com o H/W, sendo maior para 
orientações leste-oeste do que para norte-sul. Por outro lado, pode-se destacar que o albedo é apenas 
fracamente dependente da latitude (ARNFIELD, A.J., 1990) (Tabela 3.1). O aumento de H/W provoca o sur-
gimento de superfícies refletoras no entorno, causando um aumento de absorção.
Tabela 3.1 - Albedo 
no topo da camada de 
cobertura urbana em 
função de H/W, estação 
do ano e latitude.
Fonte: Arnfield (1990, 
p.128).
Aliados a gráficos solares, estes perfis urbanos servem ainda como instrumento para análise do desenho 
urbano em relação à largura de ruas e à altura de edificações, em função do acesso solar ou da promoção de 
sombreamento. Destaca-se ainda que para cidades tropicais é desejável a minimização da radiação solar no 
ambiente urbano e o acesso solar pode ser diminuído pelo aumento da relação H/W (ARNFIELD, A.J., 1990).
Outra unidade, sob o ponto de vista climatológico, que pode ser considerada no estudo da forma urbana, 
tem como um dos elementos que a compõem, a abóbada celeste.
Como o céu apresenta, normalmente, temperaturas mais baixas do que a superfície terrestre, funciona como 
um elemento primordial no balanço de energia, pois recebe as radiações de ondas longas emitidas pelo 
solo terrestre, que consequentemente perde calor, diminuindo a sua temperatura. Por isso a capacidade 
de resfriamento das superfícies urbanas está relacionada à obstrução do seu horizonte, evidenciando a 
importância da forma geométrica de uma superfície e de um conjunto de superfícies.
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No ambiente urbano ocorre uma relação geométrica entre as superfícies, a qual influi na troca de calor 
por radiação entre elas e na troca de calor dessas com o céu. Essa relação é um parâmetro adimensional 
chamado de fator de visão.
Quando as condições morfológicas observadas, a partir de um determinado ponto da superfície, causam 
obstrução do céu, a troca de calor ocorre entre as superfícies, acarretando um acúmulo de calor no entor-
no urbano. Por outro lado, quanto maior a capacidade de visão de uma superfície para o céu, maior a sua 
capacidade de resfriamento.
Assim sendo, a área de céu visível a partir de um ponto na superfície terrestre deve ser considerada nas 
análises climáticas da forma urbana. Alguns estudiosos (BÄRRING, et. al. 1985), (JOHNSON, WATSON, 1987), 
(OKE, 1981), (STEYN, 1980), (SOUZA, MENDES, 2003) expressam essa unidade pelo FVC (fator de visão do 
céu). Trata-se de um fator que indica uma relação geométrica entre a Terra e o céu e que representa uma 
estimativa da área visível de céu. Algumas vezes, em função do interesse da pesquisa, esta unidade é re-
lacionada com o fluxo de radiação, através de expressões trigonométricas, sendo definida como a razão 
entre a radiação do céu recebida por uma superfície plana e aquela recebida de todo o ambiente radiante.
Assim, a área de céu toma uma configuração resultante de limites impostos pelas edificações, associada 
à sua própria forma, aparentemente arredondada para os olhos do observador na Terra. Na inclusão desta 
forma arredondada aparente do céu como elemento da unidade geométrica, sua representação é tida 
como uma superfície hemisférica imaginária (Esquema 3.4).
Esquema 3.4 - Representação, em 
corte, da abóbada celeste. 
Fonte: Arquivo pessoal (2005).
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Em termos geométricos, qualquer edificação, elemento ou equipamento urbano pertencente ao plano do 
observador representa uma obstrução à abóbada celeste. A projeção dessa edificação na abóbada celeste 
é a fração do céu por ela obstruída para o observador; representando, ainda, a parcela da radiação que não 
atinge o observador. Seu valor numérico é sempre menor que a unidade, pois dificilmente se encontram 
regiões urbanas, que não apresentem nenhuma obstrução do horizonte (situação para a qual seu valor 
seria igual à unidade).
Utilizando-se o método de projeção estereográfica, os pontos, que correspondem à obstrução na abóbada 
celeste, podem ser projetados em um plano horizontal e assim representada, a área de céu visível para o 
ponto de observação em questão (esquema 3.5).
Esquema 3.5 - Projeção estereo-
gráfica da área de céu obstruída. 
Fonte: Arquivo pessoal (2005).
O fator de visão do céu é um recurso, que permite estabelecer uma série de relações, que podem servir de 
instrumento para o planejamento urbano.
Medindo o fluxo de radiação em vários