ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA CON ÉNFASIS EN VIVIENDAS
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ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA CON ÉNFASIS EN VIVIENDAS ALTOANDINAS CENTRO DE ENERGÍAS RENOVABLES DE LA UNI CER ‐ UNI 2009 FREDY HUAYLLA – ABEL GUTARRA ‐ GONZALO SAAVEDRA La arquitectura bioclimática puede definirse como la arquitectura diseñada sabiamente para lograr un máximo confort dentro del edificio con el mínimo gasto energético. Para ello aprovecha las condiciones climáticas de su entorno, transformando los elementos climáticos externos en confort interno gracias a un diseño inteligente. Si en algunas épocas del año fuese necesario un aporte energético extra, se recurriría si fuese posible a las fuentes de energía renovables. A igualdad de confort la mejor solución es la más simple y si además es sana para el planeta, mucho mejor. A esta simplicidad se llega a través del conocimiento y la buena utilización de los elementos reguladores del clima y de las energías renovables. 1. DIAGNOSTICO TÉRMICO •PANORAMA DEL DIAGNOSTICO (LÍNEA BASE.) •CARACTERÍSTICAS DEL COMPORTAMIENTO TÉRMICO AMBIENTAL •CARACTERÍSTICAS DEL ESPACIO CIRCUNDANTE •INDICADORES BIOCLIMÁTICOS 1.1. PANORAMA DEL DIAGNOSTICO 1.1.1. DEFINICIÓN DE DIAGNOSTICO SISTEMATIZACIÓN DE INFORMACIÓN QUE NOS PERMITIRÁ CONOCER Y ESTABLECER LAS CARACTERÍSTICAS DE UNA DETERMINADA SITUACIÓN O FENÓMENO. 1.1.2. PANORAMA DEL DIAGNOSTICO (1) 1.1.2. PANORAMA DEL DIAGNOSTICO (2) 1.1.3. ALCANCE Y APLICACIÓN • DEFINICIÓN Y MEDICIÓN DE INDICADORES – CLIMÁTICOS – ARQUITECTÓNICOS – CONSTRUCTIVOS – AMBIENTALES INTERIORES – BIOCLIMÁTICOS 1.2. CARACTERÍSTICAS DEL ESPACIO CIRCUNDANTE – PARÁMETROS CLIMÁTICOS – PARÁMETROS MICROCLIMÁTICOS 1.2.1. PARÁMETROS CLIMÁTICOS • • • • TEMPERATURA HUMEDAD RADIACIÓN VIENTO. Modos de transmisión de calor en la naturaleza. TEMPERATURA La temperatura de un cuerpo indica en qué dirección se desplazará el calor al poner en contacto dos cuerpos que se encuentran a temperaturas distintas, ya que éste pasa siempre del cuerpo cuya temperatura es superior al que tiene la temperatura más baja; el proceso continúa hasta que las temperaturas de ambos se igualan. (Senamhi) HUMEDAD El contenido de agua en la atmósfera depende, principalmente, de la temperatura. Cuanto más caliente está una masa de aire, mayor es la cantidad de vapor de agua que puede retener. En contrapartida, a temperaturas bajas puede almacenar menos vapor de agua. Cuando una masa de aire caliente se enfría, por la causa que fuere, se desprende del vapor que le sobra en forma de precipitación. (Senamhi) RADIACIÓN La superficie terrestre recibe energía proveniente del Sol, en forma de radiación solar emitida en onda corta. A su vez, la Tierra, con su propia atmósfera, refleja alrededor del 55% de la radiación incidente y absorbe el 45% restante, convirtiéndose, ese porcentaje en calor. (Senamhi) VELOCIDAD Y DIRECCIÓN DE VIENTO El viento es la variable de estado de movimiento del aire. El viento es causado por las diferencias de temperatura existentes al producirse un desigual calentamiento de las diversas zonas de la Tierra y de la atmósfera. En superficie, el viento viene definido por dos parámetros: la dirección en el plano horizontal y la velocidad. (Senamhi) VELOCIDAD Y DIRECCIÓN DE VIENTO Instrumentos (1) Micro Estación Meteorológica HOBO La Micro Estación Meteorológica HOBO es un registrador de cuatros sensores diseñado para monitorear microclimas. Especificaciones Rango de operación: ‐20º a 50ºC con baterías alcalinas ‐40 a 70ºC con baterías de Litio Hasta 4 sensores puerto serial de 3,5 mm Caja de rectangular de 8,9cm x 11,4cm x 5,4 cm Entradas: Comunicación: Dimensiones: Peso: 0.36 kg. Memoria: 512K almacenado en memoria no‐volátil Modo de almacenar: Para cuando la memoria esta llena ó se reinicia. Intervalo de registro: De 1 segundo a 18 horas, definido por el usuario. Exactitud en el tiempo: 0 a 2 segundos para el primer dato y ±5 segundos por semana a 25oC. Modos de inicio del registro: Inmediato, manual (push botton) y con tiempo retardado Montaje; Opera verticalmente apoyado sobre una base plana. Instrumentos (2) Sensor de velocidad y dirección de viento Especificaciones Rango Exactitud Resolución Umbral de medida Temp. de operación Numero de Bits por muestra Velocidad de viento 0 a 44 m/s ±0,5 m/s ±3% entre 17 a 30 m/s ±4% entre 30 a 44 m/s 0,19 m/s 0,5 m/s -40 a 75 oC 8 Dirección de viento 0 a 359º ±5º 1,4º 0,5 m/s -40 a 75 oC 8 Instrumentos (3) Sensor piranómetro de silicio Este sensor mide la irradiancia solar. Especificaciones: Rango de medida: 0 a 180 W/m2 Rango espectral: 300 a 1 100 nm. Exactitud: ±10W/m2 o ±5%, el que sea mayor. ±0,38 W/m2 /oC a partir de +25 oC Exactitud angular: Corrección cosenoidal de 0 a 80 oC de la vertical. Resolución: 1,25 W/m2 Deriva: < ±2% al año Temperaturas de operación: -40º a +75 oC Número de bits por muestra: 10 Instrumentos (4) Sensor de Humedad Relativa/Temperatura Este sensor mide la humedad relativa y trabaja con un compensador de temperatura. Especificaciones Rango de medición Temperatura -40 oC a 75 oC Exactitud Bits por muestra Deriva 0,2 oC entre 0o y 50 oC. Ver Figura 1 para el rango 0,02 oC a 25 oC. Figura 1 12 < 0,1 oC por año Tiempo de respuesta 5 min en aire a 1m/s Rango de temp. de operación -40 oC a +75 oC Resolución Humedad Relativa 0-100% HR de -40 a 75 oC ±2,5% de 10 a 90%; Ver Figura 2 para el rango 0,1% HR a 25% 10 < 1% por año; histéresis 1% 10 min aire a 1m/s con cubierta protectora -40 oC a +75 oC Instrumentos (5) Sensor de Humedad Relativa/Temperatura Figura 1. Exactitud y resolución en el rango de operación Figura 2. Exactitud absoluta en el rango de HR de operación 1.2.2. PARÁMETROS MICRO CLIMÁTICOS • • • • • • • ORIENTACIÓN ALTITUD OROGRAFÍA VIENTO PROXIMIDAD DE UNA MASA DE AGUA PROXIMIDAD DE MASA FORESTAL DISPOSICIONES DE VIVIENDAS ALEDAÑAS Parámetros Micro climáticos (3) • Orientación – La orientación del emplazamiento tiene una gran influencia sobre el microclima. Falda norte de un cerro con mayor radiación que la falda sur. • Altitud – Influye inversamente con la temperatura media anual y directamente proporcional con la radiación solar, suele también se directa la relación con la lluvia y el viento. • Orografía del terreno – Variaciones en la velocidad y dirección del viento, almacenamiento de calor y humedad (niebla). Parámetros Micro climáticos (2) • Viento – Velocidad proporcional a las pérdidas por convección del aislamiento. – Incremento de los intercambios de aire del interior de la vivienda con el exterior. • Proximidad de una masa de agua importante – Estabilización de la temperatura del aire del microclima. – Vientos cargados de humedad. • Existencia de masa forestal adecuada – Estabiliza la temperatura por la humedad. – Protección de viento y Radiación Solar. Parámetros Micro climáticos (3) 1.3. CARACTERÍSTICAS DEL COMPORTAMIENTO TÉRMICO AMBIENTAL 1.3.1. PARÁMETROS DE ARQUITECTÓNICOS • • • • UBICACIÓN Y ORIENTACIÓN DISTRIBUCIÓN GEOMETRÍA ESTRUCTURA, MATERIALES Y ALMACENAMIENTO 1.3.2. UBICACIÓN Y ORIENTACIÓN (1) • Ubicación – Posición Geográfica. – Clima, conocimientos, tradiciones, técnicas, materiales y tecnologías disponibles. • Situación – EL terreno y sus alrededores. • Orientación – Dirección de fachadas. 1.3.3. DISTRIBUCIÓN • Gestión y aprovechamiento optimo de la energía. • Posición e interconexión de espacios. • Posición de Dormitorio, cocinas, lugares de trabajo y descanso, etc. • Sujeto a vistas, estética, etc. 1.3.4. GEOMETRÍA(1) • COMPACTO • REDUCIDO FACTOR DE FORMA • PROTECCIÓN DE VIENTOS Clima Frio GEOMETRÍA(2) • ALARGADA • MAYOR SUPERFICIE NORTE. • PROTECCIÓN DE VIENTOS Clima Templado GEOMETRÍA(3) • SEMIALARGADA • PROTECCIÓN DE VIENTOS Y RADIACIÓN. • VENTILACIÓN. • FUENTES DE HUMEDAD. Clima Cálido‐Seco GEOMETRÍA(4) • ALARGADA • PROTECCIÓN DE VIENTOS Y RADIACIÓN. • VENTILACIÓN. Clima Cálido‐Húmedo 1.3.5. Factor de Forma (1) Factor de forma = Superficie Exterior / Volumen Factor de Forma (2) Variacion del factor de forma en funcion de volumen y geometria. 1.3.6. PARÁMETROS CONSTRUCTIVOS • • • • • • TECHOS SUELOS PERFORACIONES Y ABERTURAS PAREDES Y AISLAMIENTO VEGETACIÓN MASAS DE AGUA EXTERIOR TECHOS Y SUELOS • Se producen flujos de calor. • Suelos Típicos: – Tierra apisonada. – Cemento. – Etc. • Techos Ticos: – – – – Calamina Paja Teja Etc. PERFORACIONES Y ABERTURAS • Ventanas – Proporcionan Luz, ventilación y panorámica. – Proporciona calentamiento cuando parte de la radiación atraviesa el vidrio y es absorbida por algún material que esta en el interior. – Comparado con los demás tipos de envolventes es un fuente de perdidas. PAREDES Y AISLAMIENTO • Delimitan y definen espacios. • Determinan las transferencias de calor por ventilación, convección y condensación. • Almacenamiento de calor en función de su espesor y propiedad térmica. • Intercambian calor con el exterior en función de su aislamiento. VEGETACIÓN • Protección de Vientos y de Radiación. MASAS DE AGUA EXTERIOR • Creación de microclimas. • Atenuación de variaciones diarias de temperatura. • Es contraproducente en climas fríos como nuestro caso, pues la humedad que adquiere el aire aumenta la sensación de frio. 1.4. PARÁMETROS AMBIENTALES INTERIORES • • • • TEMPERATURA DEL AIRE TEMPERATURA MEDIA RADIANTE HUMEDAD VENTILACIÓN E INFILTRACIONES 1.4.1. Temperatura Media Radiante (1) Temperatura uniforme de una esfera negra mate, de gran diámetro, en la cual los intercambios por radiación con el cuerpo humano son iguales a los intercambios por radiación en el ambiente real. Temperatura Media Radiante (2) Globos de 15 cm de diámetro Coeficiente de emisividad ε = 0,95 convección natural: convección forzada: Instrumentos (6) 1. Data Logger HOBO H8 4-Canales Externos Es un registrador de datos con capacidad de leer cuatro sensores de temperatura Especificaciones Temperatura: -20oC a +70oC Humedad Relativa : 0-95% Exactitud en el tiempo: Aprox. ±1min (ó ± 100ppm) por semana a +20oC. Capacidad de medición: 32,520 mediciones almacenadas en memoria no volátil Instrumentos (7) Micro Estación HOBO H8 (1) Es un DataLogger con las siguientes entradas: Temperatura, Humedad Relativa, Iluminación y 1 canal Externo. Rangos de operación Temperatura: ‐20oC a +70oC Humedad Relativa : 0‐95% Exactitud en el tiempo: Aprox. ±1min (ó ± 100ppm) por semana a +20oC. Capacidad de almacenamiento: 7 944 mediciones en memoria no volátil Dimensiones: 2,4” x 1,9” x 0,8” Peso aprox. 38,3 gr Batería: CR‐2032 (litio) reemplazable Vida útil de la batería: 1 año de uso continuo Temperatura de almacenaje de datos: ‐40oC a 75oC. Instrumentos (8) Micro Estación HOBO H8 (2) Temperatura. El HOBO H8 tiene un sensor de temperatura interno con un cable de unos 10 cm. Si permanece dentro de la cubierta puede medir la temperatura del aire en el rango de ‐20 a +70oC, con un tiempo de respuesta de 15 min en aire quieto. Si el sensor se extiende fuera de la cubierta se obtienen tiempos de respuesta de 1 min en aire y 2s en agua. El rango del sensor es de ‐40 oC a +120 oC cuando esta extendido fuera de la cubierta. Instrumentos (9) Micro Estación HOBO H8 (3) Especificaciones de cada entrada Humedad Relativa. Este sensor usa un compensador de temperatura y proporciona una exactitud de ±5% en el rango de +5oC a +50 oC. El sensor de humedad relativa opera en el rango de 25% 95% a +25 oC para intervalos de muestreo con intervalos mayores que 10 s. La variación temporal de las lecturas del sensor de humedad es menor que 1% al año. Instrumentos (10) HOBO Shuttle Este accesorio es un recolector de datos de la Microestación HOBO H8 o de los datos almacenados en los Data Logger (DL). Especificaciones Tiene una capacidad en memoria no‐volátil entre 48K – 511 K. Puede descargar 56 DL con 8K c/u; 14 DL con 32 K c/u ó 64 DL con 7K c/u. Exactitud en el tiempo: 1min por semana ( 100 ppm) a 20 oC. Velocidad de transferencia del DL al HOBO Shuttle: 8K en 90 s. Velocidad de transferencia del HOBO Shuttle a la PC: HOBO Shuttle lleno en 2 min. Instrumentos (11) Sensores de temperatura para aire, suelo y agua HOBO H8 Rango de medición: ‐ 40º a 50 oC en agua ‐ 40o a 100 oC en aire Exactitud: 0.5 oC a 20 oC. Resolución: 0,41 oC a 20 oC Deriva: < 0,1 oC por año. Tiempo de respuesta en aire: 3 min para el 90% del valor en aire a 1 m/s Tiempo de respuesta en agua corriente: 30 s para el 90% del valor. Rango de operación: Cubierta del sensor y cable sumergidos en agua fresca a +50 oC por 1 año. Cubierta del sensor: Acero inoxidable, forma cilíndrica de 5mm de diámetro y 25 mm de largo. Cable del sensor: 6 m y 125 g. 1.4.2. ZONAS TÉRMICAS • CONCEPTO TÉRMICO, NO GEOMÉTRICO • VOLUMEN DE AIRE CON TEMPERATURA UNIFORME • CONTIENE A LAS SUPERFICIES QUE CONDUCEN Y ALMACENAN INTERIORES O DEL ENVOLVENTE 1.5.‐ INDICADORES BIOCLIMÁTICOS CONFORT TÉRMICO El hombre siempre ha deseado crear un ambiente térmico cómodo. Esto se refleja en la arquitectura tradicional de todo el mundo, desde la historia antigua hasta el presente. Actualmente, la creación de un ambiente térmico cómodo es uno de los parámetros más importantes que se consideran cuando se proyectan edificios. Pero ¿Qué es exactamente la comodidad térmica? Algunos la definen como "aquella condición mental que expresa satisfacción con el ambiente térmico". Esta definición puede satisfacer a la mayoría de la gente, pero también es una definición que no es fácil de convertir en parámetros físicos. Esto se debe a que la sensación de “confort térmico” depende de varios factores tales como el tipo de vestimenta, las condiciones ambientales, el tipo de actividad que se esté realizando y sobre todo de la persona. Por mencionar un caso, un puneño probablemente se sienta cómodo a una temperatura ambiente de 16ºC, sin embargo un mexicano probablemente sienta mucho frío. Se puede decir entonces que una persona se encuentra en estado de “confort térmico” cuando permanecemos ignorantes de las condiciones térmicas, cuando no hay malestar térmico, cuando podemos hacer lo que queramos sin estorbo y sin esfuerzo debido a las condiciones de temperatura y humedad. Un día de invierno frío y soleado, una persona vestida normal puede descansar en una habitación con calefacción, al tiempo que otra persona con ropa ligera puede estar haciendo deporte en el exterior. Ambas personas pueden sentirse cómodas aunque se encuentren en ambientes térmicos totalmente diferentes. Esto nos recuerda que la comodidad térmica depende de muchos parámetros físicos, en vez de solo uno, como por ejemplo la temperatura. El ambiente térmico debe ser considerado conjuntamente con otros factores, como la calidad del aire, niveles de luz y ruido, cuando se evalúa nuestro ambiente de trabajo o doméstico. Si nosotros sentimos que el entorno de trabajo diario no es satisfactorio, nuestro rendimiento laboral disminuirá inevitablemente. Por ello, la comodidad térmica tiene un gran impacto en nuestra eficacia laboral. El cuerpo humano es un generador constante de calor. Ya, de por sí, una persona sin hacer absolutamente nada y con su gasto energético al mínimo, es decir, sólo para mantener su organismo vivo (metabolismo basal), genera entre 65 y 80 watios de calor, según su sexo, edad y superficie corporal, mientras que una bombilla eléctrica incandescente de 60 W emite, aproximadamente, 55 W de calor. El ser humano produce la energía que necesita para mantener su cuerpo vivo y activo, a partir de los alimentos y del oxígeno que, a lo largo de complejas reacciones químicas, se va convirtiendo en calor. Un hombre de una complexión física normal, descansando genera unos 115 W de calor; caminando por una superficie plana a una velocidad de entre 3,5 y 5,5 km/h genera de 235 W a 360 W; pero si acelera el paso a más de 7 km/h su producción de calor estará alrededor de los 520 W. En un trabajo muy severo la producción de calor puede sobrepasar los 900 W, como es el caso de los deportistas de alto rendimiento que, realizando una actividad muy intensa, pueden alcanzar los 2000 W durante unos minutos. El hombre tiene un sistema regulador de temperatura muy efectivo, que garantiza que la temperatura del núcleo del cuerpo se mantenga a 37ºC aproximadamente.. Cuando el cuerpo empieza a calentarse demasiado, se inician dos procesos: primero se dilatan los vasos sanguíneos, incrementando el flujo de sangre por la piel, y a continuación uno empieza a sudar. El sudor es un efectivo mecanismo de enfriamiento, porque la energía requerida para evaporar el sudor es tomada de la piel. Bastan unas pocas décimas de grado de incremento de la temperatura del núcleo del cuerpo para estimular una producción de sudor que puede cuadruplicar la pérdida de calor del cuerpo. Si el cuerpo empieza a enfriarse demasiado, la primera reacción es la vaso‐constricción de los conductos sanguíneos, reduciendo el flujo de sangre por la piel. La segunda reacción es incrementar la producción interna de calor mediante la estimulación de los músculos, pudiendo causar temblores. Este sistema es de también muy efectivo, y puede incrementar la producción de calor corporal bruscamente. No obstante, el intervalo de supervivencia puede extenderse, en algunos casos, desde los 28 °C hasta los 44 °C de temperatura interna (generalmente con daños importantes en el organismo), la temperatura interna considerada normal, en la que no deben producirse afectaciones, oscila alrededor de los 37,6 °C, dentro de un intervalo de 36 °C a 38 °C; no obstante, durante actividades físicas intensas puede llegar a alcanzar los 40 °C, lo cual, en circunstancias específicas, es necesario para lograr el rendimiento adecuado. El sistema de control que regula la temperatura del cuerpo es complejo, y aún no se comprende del todo. Sin embargo, se conocen los dos sistemas más importantes de sensores para el sistema de control. Están localizados en la piel y en el hipotálamo. El hipotálamo tiene un sensor de calor que inicia la función de enfriamiento del cuerpo cuando la temperatura del núcleo del cuerpo sobrepasa los 37º C. Los sensores de la piel son sensores de frío que inician las defensas corporales contra el enfriamiento cuando la temperatura de la piel cae por debajo de 34ºC. Si los sensores de calor y frío envían señales al mismo tiempo, nuestro cerebro puede inhibir una o ambas reacciones térmicas de defensa del cuerpo. ¿Cómo evalúa el hombre el Ambiente Térmico? El hombre considera cómodo el ambiente si no existe ningún tipo de incomodidad térmica. La primera condición de comodidad es la neutralidad térmica, que significa que una persona no siente ni demasiado calor ni demasiado frío. Cuando la temperatura de la piel baja de los 34ºC, nuestros sensores de frío empiezan a enviar impulsos al cerebro; y si la temperatura continúa bajando los impulsos se incrementan en número. De forma similar, el sensor de calor en el hipotálamo envía impulsos cuando la temperatura excede de 37ºC, y cuanto más se incremente la temperatura, aumenta el número de impulsos. El cerebro interpreta las señales como una suma de impulsos positivos y negativos que se anulan entre sí. Si las señales de ambos signos son de la misma magnitud se sentirá térmicamente neutro, si no, se sentirá demasiado caluroso o demasiado frío. Una persona en un estado térmica neutro y completamente relajada es un caso especial, ya que no se activan ni los sensores de calor ni de frío. Condiciones básicas para la Comodidad Térmica Dos condiciones deben ser cumplidas para mantener la comodidad térmica. La primera es que la combinación actual de temperatura de piel y temperaturas del núcleo del cuerpo proporcione una sensación térmica neutra. La segunda es el equilibrio del balance de energía del cuerpo: El calor producido por el metabolismo debería ser igual a la cantidad de calor disipada por el cuerpo. Las relaciones entre los parámetros: temperatura de la piel, temperatura del núcleo corporal y actividad, cuyo resultado es una sensación térmica neutra, esta basada en un gran número de experimentos. Estimación del Nivel Metabólico MET El metabolismo es el motor del cuerpo, y la cantidad de energía producida por el metabolismo depende de la actividad muscular. Normalmente toda la actividad muscular es convertida en calor en el cuerpo, pero durante trabajos físicos externos la proporción puede bajar al 75%. Como ejemplo, una persona subiendo una montaña, que genere un trabajo externo de 100 watios (acumulado como energía potencial), puede necesitar generar una energía de 500W, de los cuales 400W se disiparán en forma de calor. El metabolismo se suele medir en Met, correspondiente al nivel de actividad de una persona sedentaria, y equivale a una pérdida de calor de 58 W/m2 de superficie corporal. Un adulto normal tiene una superficie de piel de 1.7 m2, de manera que una persona en reposo pierde aproximadamente cien watios. Nuestro metabolismo está al mínimo mientras dormidos (0.8 Met) y se incrementa al máximo durante actividades deportivas, pudiendo superar los 10 Met. Estimación del Nivel de Ropa CLO La ropa reduce la pérdida de calor de cuerpo. Por lo tanto, la ropa se clasifica según su valor de aislamiento. La unidad normalmente usada para medir el aislamiento de ropa es la unidad Clo, aunque también se utiliza la unidad más técnica de m2°C/W (1 Clo = 0.155 m2°C/W). La escala Clo se ha diseñado para que una persona desnuda tenga un valor de 0.0 Clo, y alguien vestido con un traje típico de negocio tenga un de valor de 1.0 Clo. El valor Clo se puede calcularse si se conoce la vestimenta de las personas y los valores Clo de cada una de las prendas, sumando simplemente los valores de cada una. El valor Clo obtenido de mediante el cálculo suele tener una exactitud suficiente. Cuando se calcula los valores Clo es importante recordar que las butacas tapizadas, los asientos de automóvil y las camas también reducen la pérdida de calor del cuerpo, y por lo tanto, estos deben incluirse en el cálculo total. Balance térmico entre la persona y el medio El concepto de intercambio térmico se puede analizar como un estado de cuentas en el que el saldo final debe ser cero para que todo marche bien. Entonces se dice que el balance térmico entre el individuo y su entorno está en equilibrio. La persona, como todo cuerpo (sólido, líquido o gaseoso), constantemente emite calor hacia el medio y, a su vez, constantemente es receptor del calor que emiten los demás cuerpos. El hombre gana calor por las siguientes vías: 1. Por su metabolismo (M), determinado por su metabolismo basal y la actividad que realice. 2. Por radiación de calor (R), que recibe de los cuerpos de su entorno. 3. Por convección (C), al recibir calor del aire (o agua) que está en contacto con él. 4. Por la respiración (Res), al inspirar aire caliente cuya temperatura esté por encima de su temperatura corporal. 5. Por conducción (K), al recibir calor de los cuerpos sólidos que están en contacto directo con él. A su vez, el hombre pierde calor por las siguientes vías: 1. Por radiación de calor (R), que emite hacia los cuerpos de su entorno. 2. Por convección (C), al entregar calor al aire que está en contacto con él. 3. Por la respiración (Res), al espirar el aire durante la respiración y el jadeo. 4. Por trabajo externo (W), al realizar una actividad con un trabajo externo positivo. 5. Por evaporación del sudor (E), al entregarle calor al sudor para que éste pueda evaporarse. 6. Por conducción (Cd), al entregar calor a los cuerpos sólidos que están en contacto directo con él. M ±W ± R ± C ± Cd ± Res – E = A Donde A sería el saldo final, es decir, el calor acumulado (si A>0), o perdido (si A<0), en el organismo como consecuencia de un desequilibrio; y si A = 0, significa que existe equilibrio térmico. En la práctica se pueden despreciar los intercambios por respiración y por conducción y, salvo determinadas situaciones, el trabajo externo, teniendo en cuenta que en la mayor parte de las actividades su valor es bajo o nulo. De manera que la ecuación práctica de balance térmico quedaría: M ± R ± C – E = A Por lo tanto, la ecuación de balance térmico puede adoptar una de estas cuatro formas que, según la situación, significan: 1) M ± R ± C = 0; (E = 0) equilibrio en condiciones necesarias pero no suficientes para el confort térmico, 2) M ± R ± C ― E = 0, equilibrio en condiciones de calor permisibles, 3) M ± R ± C ― E > 0 , desequilibrio por condiciones críticas por calor, 4) M ± R ± C < 0, desequilibrio por condiciones críticas por frío. ¿Qué parámetros se deben medir? Cuando se mide el ambiente térmico de una habitacion es importante recordar que el hombre no puede sentir la temperatura del local, sino el calor que pierde su cuerpo. Los parámetros que se deben medir son aquellos que afectan a la pérdida de energía. Las seis variables que definen la interrelación entre la persona y el ambiente térmico son las siguientes: 1) la temperatura del aire, 2) la temperatura radiante, 3) la humedad del aire, 4) la velocidad del aire, 5) la actividad desarrollada, 6) la vestimenta, las cuatro primeras las aporta el entorno y las dos segundas la persona. Viéndose la importancia del confort térmico en la vida de las personas, ha habido y hay estudios que tratan de cuantificar esta sensación; esto a través de “indicadores de confort térmico”. Esto nos permite saber si probablemente una persona expuesta a cierto rango de temperatura y humedad ambientales (y a otras condiciones térmicas), sienta sensación de confort. Zona de confort; intervalo de temperaturas y humedades en las cuales el humano presenta el mínimo esfuerzo para disipar el calor que genera. Método de Fanger y la escala PMV o IVM De los métodos existentes para la valoración del confort térmico, uno de los más completos, prácticos y operativos es el de Fanger, que aparece en su libro Thermal Confort (1973). Este método ha sido recogido por la norma ISO 7730 y consigue integrar todos los factores que determinan el confort térmico ofreciendo el porcentaje de personas insatisfechas (PPI) con las condiciones del ambiente térmico en que se desarrolla la actividad. Si la comodidad térmica en un lugar de trabajo no es perfecta, ¿qué lejos estamos de ella?, o ¿entre que límites debemos mantener la temperatura y humedad para obtener un grado de comodidad térmica razonable?. La respuestas a estas preguntas se pueden obtener mediante el índice PMV de Voto Medio Previsto (Predicted Mean Vote) [también conocido como índice de valor medio IVM]. El índice PMV predice el valor medio de la sensación subjetiva de un grupo de personas en un ambiente determinado. La escala del PMV tiene un rango de sensación térmica de 7 puntos, desde – 3 (frío) a +3 (caliente), donde el 0 representa una sensación térmica neutra. Aunque el índice PMV sea 0, todavía habrán algunos individuos que estén insatisfechos con el nivel de temperatura, a pesar que todos ellos tengan una vestimenta y un nivel de actividad similar, porque la evaluación de la comodidad difiere ligeramente entre las personas. La escala PPD Para predecir cuánta gente está insatisfecha en un ambiente térmico determinado, se ha introducido el índice de Porcentaje de Personas Insatisfechas PPD (Predicte Percentage of Dissatisfied). En el índice PPD la gente que vota ‐ 3, ‐ 2, +2, +3 en la escala PMV se considera térmicamente insatisfechas. Algo a notar es que en la curva que muestra la relación entre PMV y PPD nunca se consigue menos de un 5% de personas insatisfechas. ¿Cómo se evaluaría la Calidad Térmica de un local? Para evaluar una habitación con varios puestos de trabajo, con un sistema de acondicionamiento ambiental común, se deben realizar los siguientes pasos: 1. Uniformidad del ambiente térmico en el área de trabajo: Se puede evaluar midiendo el índice PMV en varios puestos de trabajo simultáneamente. Se deben elegir los lugares que se prevean más cálidos y fríos, y otro en el centro del local. 2. Capacidad del sistema de acondicionamiento para mantener un ambiental térmico estable: Las variaciones del ambiente térmico se analizan registrando los valores PMV durante un tiempo. 3. Riesgo de malestar térmico local en puestos de trabajo. Se deben medir todos los puestos de trabajo, uno tras otro, tal como se describe en el apartado anterior. En aquellos locales donde no se puedan prever los puestos de trabajo, los puntos de medida se deberían poner separados al menos 0.6 m de paredes o aparatos fijos de calefacción o climatización. El cálculo del índice PMV deberá hacerse con los valores de actividad y ropa que sean razonables para el local en cuestión. CARTAS BIOCLIMÁTICAS Auliciems Este método se resume en la siguiente relación donde Tn = 17.6 + 0.31 x Tm Tn = temperatura neutral, aquella en la cual una persona siente confort térmico Tm = Temperatura promedio mensual exterior Olgyay La carta bioclimática de Olgyay distingue la influencia de cuatro variables importantes del entorno: temperatura del aire, humedad relativa, radiación y movimiento del aire, e indica también su interacción. Esto permite determinar una zona de confort dentro de la carta psicrométrica. Givoni Este método se aplica para obtener las condiciones de bienestar térmico en edificaciones, definiendo zonas de confort y planteando las estrategias necesarias para que se pueda llegar a esa zona vía dispositivos tales como: masa térmica, viento, enfriamiento evaporativo, calor radiante, humidificación, etc.
