Pavimento urbano e desempenho térmico: modelos microclimáticos aplicados ao planejamento do território

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Kowalski, Luiz Fernando
Orientador(a): Masiero, Érico lattes, Lopes, António Manuel Saraiva
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Urbana - PPGEU
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21188
Resumo: This study aims to develop microclimate models to evaluate the interaction between pavements and the built environment, thereby supporting territorial planning. Two models were used: the physical PAVSCAM (PAVment and Street Canyon Model) and the numerical ENVI-met. The research also analyzed measurement and simulation errors, and errors related to the scale of analysis. It explored the relationship between changes in urban pavements and responses measured by the Universal Thermal Climate Index (UTCI) across different Brazilian climates. Additionally, the AHP-Gaussian multi-criteria methodology was applied to identify the optimal urban pavement solution. Throughout the study, different urban forms, albedos, and thermal masses were assessed. Findings revealed that the highest average heat flows occur in canyons with graphite-colored concrete pavements, particularly in areas with shorter buildings, due to increased pavement exposure to solar radiation. For real urban scale estimates, the study recommends using ENVI-met data (MAE = ±0.59) or physical models (MAE = ±0.66) in comparison to on-site measurements. Regarding thermal comfort, the UTCI showed significant variation in hot and dry areas. East-west oriented streets without shade experienced increased thermal stress in the late afternoon, attributed to higher albedo or thermal inertia. Concrete pavements exhibited a rise in thermal stress from “Strong” to “Very Strong,” indicating that high albedo or inertia surfaces can lead to discomfort in urban canyons. While high-albedo materials like concrete can enhance thermal conditions in cooler and wetter zones by promoting heat dissipation and lowering air temperatures, their benefits are not universally applicable, particularly during the late hours of the day. The results provide essential tools for analyzing urban pavements and integrating them into climate-responsive projects within tropical contexts. By complementing field data with these new perspectives, the study enables a more robust and effective analysis for urban pavement planning, ensuring infrastructures are better adapted to local climatic conditions.
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The research also analyzed measurement and simulation errors, and errors related to the scale of analysis. It explored the relationship between changes in urban pavements and responses measured by the Universal Thermal Climate Index (UTCI) across different Brazilian climates. Additionally, the AHP-Gaussian multi-criteria methodology was applied to identify the optimal urban pavement solution. Throughout the study, different urban forms, albedos, and thermal masses were assessed. Findings revealed that the highest average heat flows occur in canyons with graphite-colored concrete pavements, particularly in areas with shorter buildings, due to increased pavement exposure to solar radiation. For real urban scale estimates, the study recommends using ENVI-met data (MAE = ±0.59) or physical models (MAE = ±0.66) in comparison to on-site measurements. Regarding thermal comfort, the UTCI showed significant variation in hot and dry areas. East-west oriented streets without shade experienced increased thermal stress in the late afternoon, attributed to higher albedo or thermal inertia. Concrete pavements exhibited a rise in thermal stress from “Strong” to “Very Strong,” indicating that high albedo or inertia surfaces can lead to discomfort in urban canyons. While high-albedo materials like concrete can enhance thermal conditions in cooler and wetter zones by promoting heat dissipation and lowering air temperatures, their benefits are not universally applicable, particularly during the late hours of the day. The results provide essential tools for analyzing urban pavements and integrating them into climate-responsive projects within tropical contexts. By complementing field data with these new perspectives, the study enables a more robust and effective analysis for urban pavement planning, ensuring infrastructures are better adapted to local climatic conditions.O objetivo deste estudo é desenvolver modelos microclimáticos para avaliar a interação entre pavimentos e o ambiente construído, apoiando o planejamento territorial. Foram utilizados dois modelos: o físico em escala reduzida PAVSCAM (PAVment and Street Canyon Model) e o numérico ENVI-met. Além disso, foram analisados erros de medição, de simulação e relacionados à escala de análise. Foi examinada a relação entre alterações nos pavimentos urbanos e a resposta ao Universal Thermal Climate Index (UTCI) em diferentes climas brasileiros. Também foi aplicada a metodologia multicritério AHP-Gaussiano para determinar a melhor solução de pavimento urbano do ponto de vista térmico. Em cada etapa, diferentes formas urbanas, albedos e massas térmicas foram avaliadas. Observou-se que os maiores fluxos médios de calor ocorrem em cânions com pavimento de concreto na cor grafite, especialmente em áreas com edifícios mais baixos. Para estimativas em escala urbana real, sugere-se o uso de dados do ENVI-met (MAE = ±0,59) ou de modelos físicos (MAE = ±0,66) comparados às medições in loco. No que diz respeito ao conforto térmico, verificou-se variação no índice UTCI, especialmente em zonas quentes e secas. Vias orientadas leste-oeste, sem sombra, apresentaram aumento do stress térmico no final da tarde devido ao aumento do albedo ou da inércia térmica. Pavimentos de concreto mostraram um aumento do stress térmico de “Forte” para “Muito Forte”. Embora materiais com maior albedo, como o concreto, possam melhorar as condições térmicas em áreas mais frias e úmidas, seus benefícios não são universais, especialmente no final do dia. Os resultados fornecem ferramentas para a análise de pavimentos urbanos, integrando-os em projetos climáticos no contexto tropical. Assim, os dados de campo são complementados por novas perspectivas, permitindo uma análise mais robusta e eficaz para o planejamento urbano de pavimentos que respondam melhor ao clima local.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.717102/2022–00porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Urbana - PPGEUUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessAlbedoENVI-MetModelo FísicoPavimentoUTCIPavementPhysical ModelENGENHARIASCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::GEOGRAFIA FISICA::CLIMATOLOGIA GEOGRAFICAPavimento urbano e desempenho térmico: modelos microclimáticos aplicados ao planejamento do territórioPavimentos urbanos y rendimiento térmico: modelos microclimáticos aplicados a la ordenación del territorioUrban pavements and thermal performance: microclimatic models applied to territorial planninginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTTD_Kowalski (2024).pdf.txtTD_Kowalski (2024).pdf.txtExtracted texttext/plain102658https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/f629d625-cc04-49db-9c11-1f6790c5a7bc/download10453900e1e742c2611220fc28da7abfMD55falseAnonymousREADTHUMBNAILTD_Kowalski (2024).pdf.jpgTD_Kowalski (2024).pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4847https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/095fc0ff-f52a-4ec2-ba56-11ce40f20ce9/download3e31c99b40680f11182115ec30a6afa2MD56falseAnonymousREADORIGINALTD_Kowalski (2024).pdfTD_Kowalski (2024).pdfTese Doutoral - Cotutela Internacional ULisboa e UFSCarapplication/pdf36707822https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/09006667-5c6f-4b70-85b6-c8855bb3603c/download3917908bd9104ada7a3df103c79e9c3fMD53trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/4d9d7993-5808-4ec2-9459-e63f723087ea/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD54falseAnonymousREAD20.500.14289/211882025-02-06 04:36:13.81http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/21188https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T07:36:13Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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