8. Determinación de las Zonas de Comodidad Térmica

REUNIÓN NACIONAL ASINEA 88 CUERNAVACA, MORELOS
Dr. en Arq. Carlos Alberto Fuentes Pérez1
Mtro. Eduardo Arvizu Sánchez 2
Mtro. Rafael Ángel Godard Santander 3
DETERMINACIÓN DE LAS ZONAS DE COMODIDAD TÉRMICA
PARA LA VIVIENDA
Mesa 1. Arquitectura para Metrópolis Sustentables
KEYWORDS
Comfort, Thermal, Housing
ABSTRACT
This applied experimental research, aims to determine the degree of utilization of the
thermal and environmental factors of traditional housing and shared housing, to identify
internal oscillation patterns of temperature and relative humidity, not previously
performed in this type of homes in Tampico, Mexico.
It is recognized that the thermal behavior is defined as the condition of mind which
expresses satisfaction with the environment. Also becomes normal activity in the
housing and wherein the thermoregulatory mechanisms involved no user, such as
metabolism and sweating among others, what is meant in physiology as the degree of
adaptability hygrothermal.
Research performed the evaluation of the thermal behavior, which checks whether the
housing construction system case studies, determines the degree hygrothermal within
them. Similarly, if the home is set built with traditional masonry hygrothermal achieves
greater adaptability, the common housing which is produced with standardized and
industrialized building solutions.
1
Profesor con Perfil PROMEP de la Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo; Jefe del
Seminario de Investigación; Líder del Grupo Disciplinar de Calidad del Hábitat; Dr. en
Arquitectura de la Universidad Autónoma de Tamaulipas.
2
Presidente de la ASINEA; Director y Profesor-Investigador con Perfil PROMEP de la Facultad
de Arquitectura, Diseño y Urbanismo; Colaborador del Grupo Disciplinar de Calidad del Hábitat;
Master en Valuación de la Universidad Autónoma de Tamaulipas.
3
Profesor con Perfil PROMEP de la Facultad de Arquitectura, Diseño y Urbanismo;
Colaborador del Grupo Disciplinar de Calidad del Hábitat; Master en Valuación de la
Universidad Autónoma de Tamaulipas.
1
Additional proceeds to the testing of typical day and their graphs with the comfort zone
of variable temperature, thereby determining the hours of comfort, and too much heat
loss, the temperature variation of indoor and outdoor temperature, the minimum and
maximum amplitude of actual temperature. Its design is the same as what is done to
the graphics of monthly temperature and relative humidity.
The aim of this paper is that the methodological procedures implemented in the present
investigation, allow designers access to know the thermal behavior of his works at any
stage of the life of the home and its relation to the development and operation
environmental metropolitan area.
PALABRAS CLAVE
Comodidad, Térmica, Vivienda
RESUMEN
La presente investigación experimental aplicada, tiene como finalidad conocer el grado
de aprovechamiento del comportamiento térmico y los factores ambientales de la
vivienda tradicional y la vivienda común, al identificar patrones de oscilación interior de
temperatura y humedad relativa, no realizados con anterioridad en este tipo de
viviendas en Tampico, México.
Se reconoce que el comportamiento térmico es definido como la condición mental que
expresa satisfacción con el ambiente. Asimismo, viene a ser la actividad normal en la
vivienda y en donde no intervienen los mecanismos termoreguladores del usuario,
como el metabolismo y la sudoración entre otros, a lo que se entiende en fisiología
como el grado de adaptabilidad higrotérmica.
La investigación realiza la evaluación del comportamiento térmico, donde se
comprueba si el sistema constructivo de las viviendas casos de estudio, determina el
grado higrotérmico al interior de las mismas. Paralelamente, se establece si la vivienda
tradicional construida con mampostería logra una adaptabilidad higrotérmica mayor,
que la vivienda común la cual se produce con soluciones constructivas estandarizadas
e industrializadas.
Asimismo, se procede a realizar la contrastación de los días típicos y sus gráficos con
los de la zona de comodidad variable de temperatura, determinando con ello las horas
de comodidad, demasía y pérdida de temperatura; la oscilación térmica de
temperatura interior y exterior; la amplitud mínima y máxima de temperatura real. Su
elaboración es la misma a la que se realiza para los gráficos de temperatura y
humedad relativa mensual.
El objetivo de la presente ponencia es que los procedimientos metodológicos
implementados en el presente trabajo de investigación, permiten a los proyectistas
acceder a conocer el comportamiento térmico de sus obras en cualquier etapa de la
vida útil de la vivienda y su relación con el desarrollo y funcionamiento ambiental de la
zona metropolitana.
2
Introducción
El comportamiento térmico es el hilo conductor de la investigación, por medio de los
factores que influyen en la comodidad interior de las viviendas, por la tendencia del
microclima que viene a ser el efecto de la isla de calor urbano y sus variaciones en
Tampico, México.
La metodología a implementar es de tipo multimodal y por triangulación, ya que los
diferentes métodos aplicados ofrecen el acercamiento cuantitativo y cualitativo del
problema facilitando el análisis de los casos de estudio y así poder evaluarlos. Al
mismo tiempo, la presente investigación se apoya en varios tipos de estudio para
lograr resultados idóneos como el descriptivo, bibliográfico, de campo y la
experimentación aplicada.
A continuación se presentan uno a uno los pasos a seguir para lograr
metodológicamente la presente ponencia.
Desarrollo Temático
El comportamiento térmico para Neira (1975), es una de las variables más importantes
a tomar en consideración en las estrategias de adaptabilidad bioclimática de viviendas.
Se refiere básicamente a las condiciones del ambiente higrotérmica al interior, pero
desde el punto de vista de la relación del equilibrio entre las condiciones de
temperatura del aire y humedad relativa de un lugar determinado.
De las viviendas características de todo el mundo, el principal objetivo de los
constructores es la búsqueda de las condiciones óptimas de comodidad térmica, y la
tipología constructiva se encuentra definida más por las zonas climáticas que por las
fronteras territoriales, y aún existiendo variaciones, producto de las tradiciones o del
gusto local, la forma general de la vivienda autóctona nace de su relación con el
entorno. En donde la vivienda es el refugio natural o construido por la mano del
hombre, en el que éste habita de modo temporal o permanente, que es género de vida
o modo de vivir, con una apropiada adecuación a su entorno.
La tipificación de las viviendas casos de estudio de la presente ponencia se esboza en
la ficha tipológica. Viene a ser el documento orientado a facilitar la descripción de
datos requeridos, que permite un adecuado ordenamiento del conocimiento de las
características, usuarios, materiales, soluciones constructivas empleadas y
observaciones de ambas viviendas.
De la misma manera se debe determinar los modelos térmicos a emplear para lograr
la zona de comodidad térmica idónea, dependiendo del clima exterior y de la latitud,
por lo tanto se estipula que:
Una vez analizado el comportamiento térmico, el clima y la arquitectura local, se
describen algunos de los principales modelos para evaluar el comportamiento térmico
de la vivienda caso de estudio que se conocen hasta ahora y que interesan como
referencia teórica para el desenvolvimiento de la investigación y el entendimiento de la
zona de comodidad que se propone plantear en el presente trabajo. Dichos modelos
se presentan en estudios precedentes de investigación como el de Chávez del Valle
(2002), Roriz (2003), y el de González (2006).
3
Los modelos de comportamiento conforman los requerimientos térmicos, y el
arquitecto debe diseñar estrategias de adaptabilidad bioclimática para que los
espacios cumplan con valores admisibles de estos modelos. Asimismo los modelos del
comportamiento térmico adaptativos, admiten en cierta manera las variaciones en el
clima exterior, para determinar las preferencias térmicas con base a sus oscilaciones,
y con límites horarios constantes para la temperatura y la humedad relativa.
Modelo de comportamiento térmico de Humphreys, M.A.
Humphreys (1997), hace una revisión de los datos de estudios de campo, en la que
encuentra una fuerte dependencia estadística de las neutralidades térmicas (Tn), o
temperaturas en las que un mínimo estrés es reportado en escalas verbales, en
niveles medios de temperatura del aire, o temperatura de globo (Ti), experimentadas
por los encuestados en interior o exterior, en un periodo de aproximadamente de un
mes. Se encuentra que el valor de Tn oscila unos 13.0ºC, esto es, entre 17.0ºC y
30.0ºC y aplica la siguiente ecuación:
Tn = 2.56 + 0.83. Ti
Un posterior análisis realizado por Humphreys (2001), sustituyendo la temperatura
interior por la media exterior, produce resultados similares en viviendas sin sistemas
de acondicionamiento mecánico del aire:
Tn = 11.9 + 0.534. Tm
Modelo de comportamiento térmico de Auliciems, A.
Correlaciones muy similares son encontradas posteriormente por Auliciems (1997),
usando una extensa base de datos; incluyendo ambos tipos de viviendas, con
sistemas mecánicos de acondicionamiento de aire y sin él, es encontrando la siguiente
expresión para Tn, que es válida entre 18.0ºC y 28.0ºC:
Tn = 17.6 + 0.31. TMm
Modelo de comportamiento térmico de Griffiths
Basado en el estudio de Griffiths (1990), de edificios europeos con sistemas pasivos,
la regresión es prácticamente la misma que la de Humphreys:
Tn = 12.1 + 0.534. Tm
Modelo de comportamiento térmico de Nicol, Fergus
Nicol, Fergus (1996), realiza estudios más recientes en Pakistán, Nicol y Roaf donde
encuentra que:
Tn = 17.0 + 0.38. Tm
Las aparentes inconsistencias con predicciones termofisiológicas, permiten a
Auliciems en 1981, formular un modelo adaptativo de termorregulación, con el cual, la
preferencia térmica, es vista como el resultado de ambas respuestas fisiológicas a los
4
parámetros interiores inmediatos, los medidos por los modelos, y las expectativas
basadas en determinantes climáticas y culturales, o sea experiencias pasadas.
Posteriormente sobre el modelo adaptativo, existen considerables investigaciones y
verificaciones en varias locaciones. Éstas incluyen Melbourne, Brisbane, Darwin, San
Francisco Bay, Bangkok, Singapur y Townsville. Siguiendo una variedad de
discusiones teóricas, se ha vuelto evidente que la noción de un ambiente óptimo
constante o estático, no es más una hipótesis aceptable.
Un modelo adaptativo desarrollado por Auliciems, adapta los datos de sensación,
basados en investigaciones de campo de comportamiento térmico en Australia,
abarcando distintos climas, usando la siguiente ecuación:
Tn = 9.22 + 0.48 Ta + 0.14. Tm
Una vez determinado el modelo adaptativo, dependiendo del clima de la región donde
se encuentra la vivienda caso de estudio es necesario determinar la zona de
comodidad térmica (Tn).
Zona de comodidad térmica, con límites constantes
El ancho de la franja de comodidad o tolerancia con límites constantes, como se ha
mencionado para Nicol y Humphreys consideran una anchura directamente
proporcional a la posibilidad de los usuarios de realizar acciones adaptativas, en dicho
caso la zona de comodidad térmica puede ser considerablemente más ancha que
+2.0°C en torno a la temperatura media preferida. Para el cálculo en función de los
valores medios mensuales de temperaturas externas, Szokolay (1994), indica una
tolerancia de +2.0°C y de +1.75°C, en la función de los promedios anuales.
Por consiguiente, las situaciones de oportunidades adaptativas son posibles y
adecuadas a la zona de comodidad puede ser considerablemente más ancha. Para
TME = TMM, Szokolay indica una tolerancia de + 2.0°C y en el modelo de Mahoney la
tolerancia media es de + 3.5° C.
Para el cálculo en función de los promedios mensuales o T medias, Szokolay (1991),
indica una tolerancia de +2.0°C y de +1.7°C en la función de los promedios anuales.
Por consiguiente, la propuesta de Szokolay es que los promedios externos de periodos
más cortos implican en las franjas más anchas de tolerancia.
Además de representar potencialmente en mayor detalle el concepto de zona de
comodidad, un modelo de variación horaria de los límites de comodidad tiene otras
ventajas, algunas relacionadas con estudios sobre adaptabilidad climática en la
vivienda caso de estudio, siempre y cuando se tipifique correctamente los grados-día.
Modelo de fluctuaciones horarias de Roriz, Mauricio
Para Roriz, Mauricio (2003), las diferencias encontradas por los investigadores
anteriormente descritos confirman la necesidad de hacer estudios de campo en cada
región climática, principalmente en zonas tropicales, en donde las normas
internacionales son menos aplicables. En tanto no se dispongan de estas
investigaciones Nicol (1996), recomienda aplicar la ecuación de Humphreys, por estar
basada en datos obtenidos en diferentes partes del mundo, Tn = 11.9 + 0.534 TMm.
5
Con base en los conceptos expuestos en el presente trabajo, es posible adoptar el
promedio de las temperaturas horarias exteriores del día y ampliar la franja de
tolerancia de comodidad térmica con fluctuaciones.
Una segunda corrección resulta de considerar que la temperatura media de comodidad
sufre alguna oscilación, sincronizada con el que paso de la temperatura externa. Nicol
(2001), sugiere que sean aceptadas variaciones de temperaturas internas que no sean
superiores a la mitad de las oscilaciones externas.
En donde la aplicación de la ecuación de Humphreys sobre la temperatura media del
día, ampliando la franja de tolerancia para +2.5°C y suponiendo que la fluctuación de
la línea central de la zona de comodidad térmica no sobrepase al 40% de amplitud de
variación de la temperatura externa.
Para determinar la zona de comodidad térmica según el clima y la latitud de Tampico,
México se realiza la evaluación del comportamiento higrotérmico por medio de gráficos
con zona de comodidad térmica constante y las de zona de comodidad térmica
variable de las viviendas casos de estudio de la siguiente manera:
Se evalúan considerando lo siguiente:

Los meses y días típicos determinando la demasía y pérdida con respecto a la
variable de la temperatura, se obtienen a partir de considerar la temperatura de
neutralidad de acuerdo al modelo de comportamiento térmico adaptativo de
Humphreys (2001).
Tn = 11.9 + 0.534. Tm °C=
Límite Superior=
Límite Inferior =

Límites constantes en °C
+2.5°C
-2.5°C
Los meses y días típicos de cada mes determinando la demasía y pérdida con
respecto a la variable de humedad relativa, considera lo estipulado en la Norma
ISO 7730 que la ubica idealmente en 50.00% y se determinan de la siguiente
manera:
HRn=
Límite Superior=
Límite Inferior=
50.00%
60.00%
40.00%
Por lo tanto se evalúan las viviendas casos de estudio también para su
contrastación real en los meses y días típicos de cada mes por el modelo
adaptativo de Roriz (2003), aplicando la ecuación de Humphreys (2001) y con
oscilaciones de temperaturas internas que no mayores al 40% de amplitud de
las oscilaciones externas para determinar la fluctuación de la línea central de la
zona de comodidad térmica variable.
Para la evaluación higrotérmica de fluctuación, se presenta en gráficos y tablas
interpretativas, asimismo para una mayor confiabilidad del experimento científico, en
los meses críticos que son enero y agosto de cada vivienda caso de estudio y de cada
espacio monitoreado, comprobando de cada vivienda caso de estudio y sus
respectivos espacios.
6
Las mediciones se realizan con los data loggers, también denominados Hobo´s, equipo
con el que se cuenta al inicio de la investigación. El hobo, es un instrumento
electrónico capaz de medir temperatura del aire y humedad relativa al interior de la
vivienda.
Las mediciones térmicas son por espacio de un año en las viviendas casos de estudio
las tradicionales y comunes, con intervalos de monitoreo a cada hora, las 24 horas del
día.
Logrando los gráficos de la zona de comodidad térmica constante y variable que a
continuación se muestran en los gráficos N° 1 y 2, para cada uno de los meses del
año.
Gráfico N° 1
Zonas de comodidad constante de temperatura y humedad relativa
%
°C
100.00
27.000
26.000
25.000
90.00
Zona de comodidad de temperatura
24.000
23.000
80.00
22.000
21.000
70.00
00.174°C
02.542°C
20.000
07.17%
00.81%
60.00
19.000
18.000
17.000
50.00
16.000
Zona de comodidad de humedad relativa
15.000
40.00
14.000
13.000
30.00
12.000
11.000
20.00
10.000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
FUENTE: Hobo N° 1 valores interiores y SENEAM valores exteriores. Gráfico: Dr. en Arq. Carlos A. Fuentes Pérez.
Temperatura interior
Humedad relativa interior
Temperatura Exterior
Humedad relativa exterior
7
Gráfico N° 2
Zona de comodidad variable de temperatura
°C
27.000
26.000
25.000
Límite superior
variable
24.000
23.000
22.000
Zona de comodidad variable de temperatura
21.000
20.000
19.000
18.000
Límite inferior variable
17.000
16.000
15.000
14.000
13.000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
FUENTE: Hobo N° 1 valores interiores y SENEAM valores exteriores. Gráfico: Dr. en Arq. Carlos A. Fuentes Pérez.
Temperatura interior
Temperatura Exterior
Conclusiones
Mediante la obtención de los gráficos de las zonas de comodidad térmica se logra
obtener de las viviendas caso de estudio y sus respectivos espacios a monitorear lo
siguiente:




La oscilación entre la temperatura máxima y mínima tanto interior como exterior.
La ampliación térmica de temperatura máxima y mínima.
La oscilación entre la humedad relativa máxima y mínima tanto interior como
exterior.
La ampliación térmica de la humedad relativa máxima y mínima.
Por lo tanto, es posible que todo Arquitecto-Constructor registre el comportamiento
térmico de sus obras en cualquier etapa de la vida útil de la vivienda y su relación con
el desarrollo y funcionamiento ambiental de la zona de emplazamiento.
Y puede determinar el Arquitecto en lo conclusivo si su Arquitectura es Pasiva o se
apoyara en una Arquitectura Hibrida mediante el mínimo de climatización artificial y
adecuada al contexto urbano, con un mínimo de contaminación de CO2.
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