Parámetros del confort

Parámetros del confort
3.0. INTRODUCCIÓN
Resulta muy fácil comprender el concepto de clima pero sin embargo
es muy difícil definirlo correctamente, no obstante se puede entender por
clima de un lugar geográfico determinado, el conjunto de fenómenos
meteorológicos que caracterizan el estado medio de la atmósfera y su
evolución en el lugar considerado.
El conjunto de fenómenos debe corresponder a un periodo de tiempo
suficientemente largo para considerarlo representativo de la zona.
Hablaremos de macroclima si la zona geográfica estudiada es muy
extensa y por el contrario microclima, o clima local, al referirnos a zonas
restringidas.
3.1. EL CLIMA Y SU INFLUENCIA EN EL DISEÑO
No hay que confundir clima con tiempo atmosférico, ya que, en este
caso nos referiremos a las condiciones meteorológicas de un espacio de
tiempo momentáneo (1 día).
En las zonas templadas como en España, se suele considerar un
periodo de tiempo de 30 años como suficiente para definir el clima, aunque
últimamente se ha venido comportando de una forma más variable de lo
habitual.
También es obvio indicar, que el clima se está viendo afectado por las
transformaciones de las condiciones naturales, a causa de las actividades del
hombre, ya que se transforman los bosques en campos de cultivo y sobre
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todo, por los importantes cambios tanto en el suelo como en la atmósfera,
que introduce el rápido crecimiento industrial. Se producen fenómenos de
contaminación ambiental, efecto invernadero o disminución de la capa de
ozono, con lo que se puede hablar en la actualidad, de un periodo cálido que
podrá producir deshielos de la Antártida elevando el nivel de los mares.
Otro fenómeno de importancia que se produce en la actualidad,
corresponde a las desertizaciones que producen los numerosos incendios
forestales, que implica una disminución de las lluvias.
3.1.1.- FACTORES DEL CLIMA
Los parámetros que definen el clima pueden ser de dos tipos:
Factores fundamentales:
La situación de la zona geográfica que definirá la circulación general de
la atmósfera.
La configuración geográfica según la distribución de la superficie de la
Tierra, dividida en masas continentes y océanos (factor de
continentalidad).
La presencia o ausencia de barreras montañosas que favorezcan u
obstaculicen el movimiento de las masas de aire desde el mar (factor
orográfico).
La temperatura de la superficie del mar cuando la región considerada
se encuentre próxima a él.
Factores secundarios:
Tienen una incidencia menor pero también deben tenerse en cuenta
como son la altitud, la exposición a la radiación solar, la naturaleza de la
superficie de la Tierra con su relieve, las edificaciones, los cultivos, las masas
de agua etc.
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3.1.2.- PARÁMETROS CLIMÁTICOS PARA EL CÁLCULO
Los elementos del clima son aquellas condiciones atmosféricas que
consideradas de forma conjunta, definen el clima de un lugar para un periodo
de tiempo determinado.
Los principales elementos del clima son:
La temperatura del aire: que depende directamente de la radiación
solar.
Este parámetro fundamental del clima, depende a su vez de la
naturaleza del suelo (la radiación solar no calienta demasiado la atmósfera al
atravesarla), es la superficie de la Tierra la que fundamentalmente se calienta
en base a la energía que absorbe y a continuación, la superficie emite
radiación en el infrarrojo que es absorbida principalmente por el vapor de
agua, anhídrido carbónico y las partículas contaminantes de la atmósfera,
calentando así la parte más baja de la atmósfera y provocando el efecto
invernadero, lo que contribuye a que no se enfríe demasiado por las noches.
Este efecto desaparece en atmósferas nítidas o secas.
La altitud: es uno de los factores que más influencia tiene sobre la
temperatura. Al aumentar la altitud, la atmósfera tiene menor
cantidad de partículas en suspensión, por lo que la influencia de la
radiación solar es menor, en cambio al ser menor la capa de aire
atmosférico, aumenta el porcentaje de radiación directa (así se
comprende que las personas se suelen quemar al subir a las sierras
elevadas).
Se estima que la temperatura disminuye del orden de 0,5 grados
centígrados, por cada 100 m de aumento de la altura sobre el nivel del mar
para aire saturado y de 1 grados cuando el aire es seco.
Los valores que habitualmente se utilizan para expresar la temperatura
son:
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 El valor medio de la temperatura media mensual diaria (tomando
como temperatura media del día ((Tmáx. + Tmín.) / 2)
 Valor medio mensual de la temperatura máxima y mínima diaria.
 Valores máximo y mínimo extremos mensuales.
La humedad del aire
La cantidad de vapor de agua que contiene el aire atmosférico es
variable y depende del tiempo y del lugar, y como el tiempo atmosférico es
fundamental en el contenido de vapor de agua, resulta determinante
también en el clima de un lugar.
El vapor de agua que se genera en la atmósfera, tiene lugar por efecto
de la radiación solar y es debido a la evaporación de las masas de agua de la
superficie de la tierra, transportado por el viento y posteriormente por las
condiciones termodinámicas se produce su condensación.
La cantidad de vapor de agua en la atmósfera disminuye rápidamente
con la altura, debido a que la máxima cantidad de vapor de agua que puede
contener un ambiente, disminuye a medida que lo hace la temperatura y
también porque el vapor de agua de la atmósfera proviene de la superficie de
la tierra.
Los valores más utilizados en meteorología para determinar el
contenido de vapor de agua en la atmósfera son: la humedad absoluta, la
humedad relativa y la presión de vapor.
Los datos sobre humedades que podemos encontrar tabulados (CTE)
se refieren generalmente a la humedad relativa diaria, la humedad relativa
mensual media, así como los valores de las medias de las humedades
relativas máximas y mínimas mensuales de los meses del año.
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La presión atmosférica
La presión atmosférica, es la suma de las presiones parciales ejercidas
por el aire seco y el vapor de agua que son componentes del aire
atmosférico.
También la presión atmosférica disminuye con la altitud sobre el nivel
del mar, como ocurría con la temperatura y lo hace a razón de 1 mm cada 11
m en el inicio de la elevación y de forma más moderada en alturas superiores
de tal forma que a 5.600 m, la presión es aproximadamente la mitad de la
presión a nivel del mar.
El viento
El viento es una corriente de aire en la atmósfera, que se produce al
elevarse la temperatura del suelo por la radiación solar y calentar el aire de
sus proximidades. En el aire caliente se produce una dilatación y pierde
presión por lo que es reemplazado por aire más frío que viene del mar.
Los parámetros que se suelen utilizar en meteorología son la
velocidad, la dirección y la frecuencia de los vientos racheados y de los
intervalos de calma.
Las direcciones de los vientos se clasifican según las subdivisiones de la
Rosa de los Vientos en ocho tipos, los cuatro puntos cardinales N, S, E y O y
los cuatro intermedios NE, SE, SO y NO.
Los datos meteorológicos sobre vientos se suelen indicar con
representaciones gráficas diversas, generalmente gráficas polares.
En las tablas, los datos que suelen aparecer son la frecuencia media
mensual para las ocho direcciones principales, así como la velocidad máxima
del viento.
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La dirección y velocidad de los vientos, principalmente de las capas
bajas, puede verse muy modificada por el relieve de la zona geográfica
produciendo fenómenos o efectos que denominamos:
- Efecto barrera, originado por las grandes cadenas montañosas, que
impiden el paso de las corrientes y son desviadas hacia los costados o hacia la
parte superior.
- Efecto de encauzamiento, que dirigen las corrientes de aire hacia las
vaguadas y las depresiones de los ríos.
- Efecto esquina, que aumenta la velocidad de los vientos y modifica su
dirección al rodear elementos orográficos elevados.
Las nubes y las nieblas
La formación de las nubes se debe a la condensación de la masa de
aire que asciende por efecto de la radiación solar y se enfrían por expansión,
por lo tanto podemos decir, que las nubes se originan por la suspensión en la
atmósfera de las pequeñas gotas de agua o partículas minúsculas de hielo.
La niebla y el rocío, aparecen si la condensación del vapor de agua
existente en la atmósfera, se origina en las capas próximas a la superficie de
la Tierra, y estos fenómenos se producen, cuando la temperatura de la
superficie de la Tierra es inferior a la del aire circundante y la humedad
relativa suficientemente elevada.
En definitiva el rocío se debe a la condensación del vapor de agua del
aire sobre una superficie fría, por enfriamiento de una pequeña capa de aire
en contacto con esa superficie, mientras que las nieblas surgen cuando el aire
que no está en contacto directo con la superficie fría, se enfría por debajo de
su temperatura de rocío.
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Las precipitaciones
Las precipitaciones tienen lugar cuando las pequeñas gotas que se
encuentran en la atmósfera formando las nubes, se concentran y componen
gotas más grandes, que caen por gravedad, entonces dan lugar a las
precipitaciones en sus diferentes denominaciones, lluvia, nieve, granizo.
Por lo tanto, el aspecto más característico del clima de una zona
geográfica concreta y referido a las precipitaciones, es el llamado régimen
pluviométrico, que incluye el estudio de la cantidad de precipitaciones así
como su distribución geográfica, su reparto en el tiempo, su variabilidad, el
análisis de frecuencias e intensidad y el tipo de precipitaciones.
3.2. BALANCE TÉRMICO DEL CUERPO HUMANO
Las distintas actividades que llevan a cabo los seres vivos requieren el
consumo de una cierta cantidad de energía mecánica y su producción se lleva
a cabo en el interior del organismo, por medio de una serie de procesos que
pueden asimilarse al funcionamiento del motor térmico:
• Por medio de la actividad metabólica (que consiste en la oxidación de
sustancias que proceden de los alimentos) se libera una cierta cantidad de
energía, que se transforma en trabajo mecánico y el resto se disipa en forma
de calor dentro del organismo.
• Simultáneamente tiene lugar un proceso de disipación de calor al exterior,
a través de mecanismos de conducción, convección y radiación (disipación
de calor sensible) y también por la evaporación de cantidades variables de
agua (disipación de calor latente). Si la liberación interna de calor tiene lugar
más deprisa que la disipación de calor al ambiente, la temperatura corporal
de cuerpo aumenta; en caso contrario disminuye y solo es posible que
permanezca constante cuando ambos procesos se desarrollan al mismo
ritmo.
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En particular, en los seres humanos el mecanismo de regulación de su
temperatura corporal opera modificando tanto la disipación de calor sensible
como la de calor latente. La sensación de bienestar responde pues, a un
conjunto de condiciones ambientales que permiten mantener constante la
temperatura corporal por medio de un funcionamiento normal del citado
mecanismo de regulación.
3.2.1.- DISIPACIÓN DE CALOR SENSIBLE
Una persona puede intercambiar calor sensible con su ambiente por
medio de alguno de los tres mecanismos clásicos de transmisión:
1. Conducción
2. Conveccion
3. Radiación.
Sin embargo, en general, el flujo de calor intercambiado por conducción
entre una persona y su ambiente resulta despreciable (debido a que el área
de la planta de los pies representa una fracción muy pequeña de la superficie
total de la piel y a que el habito de uso de calzado determina la interposición
de una fuerte resistencia térmica), por lo que no se considerará en esta
discusión, analizándose exclusivamente la disipación de calor sensible por
convección y por radiación.
Intercambio de calor por convección.
El flujo de calor sensible intercambiado por convección entre una persona
desnuda y su ambiente, se puede expresar por:
Qc = AP . hc . (Tp – Ta)
En donde:
AP, es el área de la superficie exterior del cuerpo.
hc, es el coeficiente de película piel-aire ambiente.
Tp, es la temperatura media de la piel.
Ta, es la temperatura del aire ambiente.
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El área de la piel puede determinarse mediante la fórmula de DUBOIS:
Ap = 0,202 (m)0.425 (H)0,725
En la que el área, Ap, se expresa en m², cuando la masa m del
individuo se expresa en kg y la altura H en m. Para un hombre medio, de 1,75
m y 73 kg, el área de la piel es del orden de 1,9 m²; mientras que para una
mujer media, de 1,65 m y 62 kg, el área de la piel es del orden de 1,7 m².
Intercambio de calor por radiación.
Puesto que la temperatura media de la piel es, en general, distinta de
la temperatura superficial de los objetos que nos rodean, tiene lugar un
intercambio de calor radiante con todos ellos, cediéndose calor hacia los más
fríos y absorbiéndose calor de aquellos que se encuentran más calientes que
nuestra piel.
Para determinar el flujo neto de calor intercambiado por radiación
entre una persona y los objetos contenidos en un local, se acude al concepto
de temperatura radiante media del mismo. De acuerdo con la norma UNE
100-012-84, se define la temperatura radiante media de un local dado como
la de una cavidad negra a temperatura uniforme Tp con la cual la persona
intercambiase el mismo calor radiante. Se puede demostrar que, muy
aproximadamente, es:
En donde: las Ai son las áreas de las distintas superficies que integran la
envoltura del local y Tsi sus respectivas temperaturas superficiales.
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En función de la temperatura radiante media, el flujo de calor intercambiado
por una persona desnuda con los objetos contenidos en un local, viene dado
por
En donde: hr es el coeficiente de radiación que toma un valor típico de
4,7W/(m2 . ºC)
Intercambio total de calor sensible.
De acuerdo con lo expuesto hasta este momento. El flujo neto de calor sensible intercambiado por un ocupante con el local viene dado por:
Que también puede escribirse como:
En donde:
Es el coeficiente de transmisión superficial, y:
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Es la denominada temperatura equivalente del local.
La temperatura equivalente de un local (UNE 100-02-84)
corresponde a la temperatura del aire de un recinto idéntico al dado en sus
aspectos geométricos y que, con los elementos de su contorno a igual
temperatura que el aire, produzca la misma sensación térmica que el local
considerado, a igual velocidad y humedad absoluta del aire y nivel de
actividad y vestimenta del ocupante.
Para velocidades del aire inferiores a (0,30 m/s), el coeficiente de
convección coincide aproximadamente con el coeficiente de radiación, por
lo que la mayoría de las aplicaciones de climatización se puede tomar:
La temperatura equivalente de un local se puede medir mediante el
termómetro de esfera, ideado por VERNON en 1930, consistente en una
esfera hueca de cobre, pintada en negro mate por ambas caras, de 152 mm
de diámetro exterior y 150 mm de diámetro interior, en cuyo centro se
encuentra el bulbo de un termómetro de mercurio. El aparato tarda unos 15
minutos en alcanzar el equilibrio térmico con el local por lo que KRAUSE
propuso posteriormente reemplazar la esfera de cobre por un balón de
caucho inflado, que indica la misma temperatura pero más rápidamente y
con independencia de su calor. La temperatura equivalente de un local debe
medirse en el centro del mismo y a una altura aproximadamente de 1,50 m
del suelo, con las puertas y ventanas cerradas y una vez alcanzado el
equilibrio térmico
3.2.2. DISIPACIÓN DEL CALOR LATENTE
El segundo mecanismo de disipación de calor al ambiente de que
están dotados los seres humanos es la refrigeración de su piel por evaporación del sudor. En rigor también debería considerarse en este punto el
enfriamiento evaporativo a que da origen la respiración, puesto que el aire
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llega a los pulmones en las condiciones ambientales y los abandonan
prácticamente saturado de humedad y a una temperatura próxima a los 36
ºC sin embargo la disipación de calor debida a la respiración supone en el
hombre sólo alrededor de un 3% del calor disipado en total hacia el
ambiente, por lo que no se tendrá en cuenta en la presente discusión.
El flujo de calor latente disipado por efecto de la transpiración viene
dado por:
En donde
es la presión de saturación del agua a la temperatura de la
piel,
es la presión parcial del vapor de agua en el ambiente y  es un
coeficiente de evaporación, característico de este proceso, que aumenta con
la velocidad del aire y con la fracción de la superficie de la piel realmente
mojada.
Ha de resaltarse que, incluso a temperatura ambientales moderadas y a
niveles de actividad metabólica bajos, existe una transpiración imperceptible,
en la que el área de piel mojada efectiva oscila entre un 2% y un 6% del total;
de este modo, para que un ambiente con aire en calma a 20 ºC y 50% de HR,
una persona que desarrolle una actividad sedentaria disipa por transpiración
alrededor del 10% del calor total cedido al ambiente. A temperaturas altas o
niveles de actividad metabólica elevados, comienza la transpiración
reguladora con la que pueden disiparse cantidades muy importantes de
calor.
Teniendo en cuenta que la humedad relativa del aire ambiente viene
dada por
En donde
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es la presión de saturación del agua a la temperatura del aire,
Parámetros del confort
se deduce que
La relación
es mayor que la unidad siempre que la temperatura de
la piel sea superior a la del aire ambiente y es menor que la unidad en caso
contrario; la humedad relativa del aire ambiente no es nunca superior a la
unidad, pero en cualquier caso la disipación de calor latente en ambientes
húmedos (próxima a la unidad) es menos efectiva que en ambientes secos.
De este modo, para una temperatura equivalente del entorno de 20ºC, la
disipación de calor latente es casi el doble cuando la humedad relativa del
aire es del 10 % que cuando es del 90%.
Para temperaturas equivalentes del entorno, superiores a 35ºC, el flujo
de calor sensible tiene lugar desde el ambiente hacia la superficie de la piel y
el único mecanismo posible de refrigeración del organismo es la evaporación.
Sin embargo este mecanismo puede también bloquearse, si la humedad
relativa del aire es lo bastante alta, por ejemplo, para una temperatura
equivalente del entorno de 40º C, el bloqueo tiene lugar para humedades
relativas entre un 70 % y un 75%, determinando una elevación de la
temperatura corporal. En ambientes calientes y muy secos la refrigeración
evaporativa resulta muy eficaz, pero también puede aparecer una sensación
de malestar debida a la deshidratación más o menos importante de las
mucosas.
3.2.3. ÍNDICE DE VESTIMENTA
El uso de distintos tipos de ropa permite al ser humano modificar,
dentro de un amplio margen, la resistencia ofrecida a los intercambios
térmicos y también a los de humedad, entre el cuerpo y el ambiente, ampliando así artificialmente las posibilidades de la regulación fisiológica de la
temperatura corporal.
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Para tipificar la influencia de la ropa sobre los procesos de intercambio
térmico con el entorno, se emplea un índice de vestimenta (UNE 100-01264) que expresa el nivel de aislamiento térmico que determina el conjunto
de prendas utilizadas por una persona, incluido el calzado. Se mide en
unidades clo:
1 clo = 0,155 m².ºC/W
Ha de resaltarse que si bien el uso de prendas de abrigo incrementa la
resistencia térmica interpuesta entre la piel y el ambiente, también
determina un incremento en la superficie de intercambio. Por ello el índice
de vestimenta efectivo es siempre algo menor que el esperable según el
espesor y naturaleza del conjunto de prendas consideradas. En la siguiente
tabla se indican valores típicos del índice de vestimenta:
DISTINTOS TIPOS DE ROPA
Valor
Desnudo
0 clo
Ropa interior sin mangas, zapatos ligeros, camisa de hilo de manga
corta, pantalón ligero de algodón
0,5 clo
Ropa interior sin mangas, zapatos y calcetines normales, camisa de
manga larga. Traje normal
1,0 clo
Ropa interior de manga larga, zapatos gruesos y calcetines de lana,
camisa de manga larga. Traje de paño
1,3 clo
Igual al anterior más abrigo de lana guantes y sombrero
2 clo
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3.2.4. NIVEL METABÓLICO
Como ya se ha indicado anteriormente, la actividad metabólica genera
una cierta cantidad de energía, una parte de la cual se transforma en trabajo
mecánico y el resto se disipa en forma de calor dentro de nuestro organismo,
constituyendo una fuente calorífica interna, cuya intensidad aumenta con el
nivel de actividad desarrollado.
La relación entre el trabajo mecánico desarrollado por el individuo y la
energía que ha de liberar en total la actividad metabólica (coste energético),
es la eficacia mecánica del organismo. En los seres humanos esta eficiencia
mecánica es baja, usualmente muy inferior al 20%. Las mejores eficiencias
mecánicas se obtienen en aquellas tareas que están relacionadas fundamentalmente con la utilización de las piernas caminando a velocidades entre 3 y
6.5 km /h. sobre una pendiente no superior al 5%, la eficiencia puede llegar a
ser del orden de un 10%.
Finalmente, en actividades de tipo sedentario la eficiencia mecánica es
prácticamente nula y la tasa de generación interna de calor coincide
sensiblemente con el coste energético de la tarea.
Para expresar la cantidad de energía liberada por la actividad metabólica, se emplea el índice denominado nivel metabólico (UNE 100-01284),que se expresa en unidades met: un met corresponde a un coste
enérgico de la tarea desarrollada de 58,2 W por metro cuadrado de área de
piel:
1 met = 58,2 W/m²
Para un hombre medio (1,75 m y 75 kg), un nivel metabólico de 1 met
supone un coste energético de unos 110 W; mientras que para una mujer
media (1,65m y 62 kg), supone un coste energético de unos 100 W.
En la tabla 1 del anexo 1, se indican valores de NM correspondientes a
diversas tareas.
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3.2.5. MECANISMOS FISIOLÓGICOS DE REGULACIÓN DE TEMPERATURA
El funcionamiento óptimo de la actividad metabólica de un organismo,
requiere que su temperatura corporal se mantenga dentro de un cierto
intervalo más o menos amplio. Los animales de sangre caliente están dotados de mecanismos fisiológicos que les permiten regular su temperatura
corporal, manteniéndola constante para un amplio margen de condiciones
ambientales. Para cada individuo existe un punto neutro, en el cual el medio
no resulta ni demasiado caliente ni demasiado frío y en el que no se requiere
ningún acto del sistema de control fisiológico para mantener la temperatura
normal del cuerpo, lo que determina una sensación de bienestar térmico.
En los seres humanos para actividades de tipo sedentario, el punto
neutro corresponde a una temperatura equivalente del entorno entre 29ªC y
31ºC si la persona está desnuda, entre 23ºC y 26ºC para un índice de
vestimenta de 0.6 clo y entre 18 ºC y 22ºC para un índice de vestimenta de
1.3 clo.
Cuando la temperatura equivalente del entorno disminuye y se
comienza a experimentar una sensación de frío, el organismo reacciona
reduciendo la temperatura superficial de la piel (hablando en términos más
estrictos, esto ocurre cuando el flujo de calor disipado hacia el ambiente es
mayor que la tasa de generación interna de calor debida a la actividad
metabólica desarrollada) para ello, se reduce el flujo sanguíneo a través de
los vasos capilares cutáneos, mediante un proceso de vaso-constricción (es
decir de reducción de la sección libre de paso de los capilares). Cuando este
proceso no basta para compensar el descenso de la temperatura ambiente,
tiene lugar un proceso de incremento de la resistencia térmica cutánea,
conocido comúnmente por “piel de gallina”, así como una elevación de la
actividad metabólica provocada por movimientos reflejos, “las tiritonas”, a
fin de compensar la mayor disipación de calor al ambiente. Si no es posible
mantener el balance térmico mediante estos mecanismos, se produce un
descenso de la temperatura corporal: por debajo de 35 ºC tiene lugar una
pérdida de destreza manual y disminuciones de la temperatura corporal. Por
debajo de los 31 ºC pueden ser letales.
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Parámetros del confort
Ha de observarse que, ante una amplia gama de condiciones externas
frías, el cuerpo humano reacciona proporcionando condiciones de
mantenimiento a los órganos vitales, a costa del enfriamiento de los tejidos
periféricos e incluso de su posible inhabilitación, por lo que las extremidades,
sobre todo manos y pies, son más sensibles a la sensación de malestar que
origina el frío
Cuando la temperatura equivalente del entorno aumenta, tiene lugar un
incremento del flujo sanguíneo a través de los vasos capilares cutáneos, lo
que se logra mediante un proceso de vaso-dilatación, originando una
elevación de la temperatura superficial de la piel. Frecuentemente no basta
con esta regulación vasomotora y tiene lugar un incremento de la
transpiración, en un intento de disminuir la temperatura de la piel mediante
la absorción, por el agua contenida en el sudor, de calor latente de vaporización. Cuando estos dos procesos no permiten mantener el balance
térmico, se produce una elevación de la temperatura corporal. Por encima de
41ºC pueden dar lugar a lesiones irreversibles.
.
3.3 LA SENSACIÓN TÉRMICA
La sensación de bienestar térmico que puede experimentar un determinado individuo responde a unas condiciones ambientales que permiten al
sujeto mantener constante su temperatura corporal mediante un funcionamiento “normal” del mecanismo fisiológico de regulación que requiera a lo
sumo acciones de control del tipo vaso-motor.
Puesto que la constancia de la temperatura corporal se logra mediante la
igualación entre las tasas de disipación de calor hacia el entorno y de
generación de calor dentro del organismo, la sensación térmica
experimentada por un sujeto en un cierto ambiente, depende no sólo de las
condiciones ambientales propiamente dichas (temperatura equivalente del
entorno, presión parcial del vapor de agua en el aire y velocidad de este),
sino también del nivel de actividad que desarrolle, de la vestimenta que
emplee e incluso del sujeto considerado.
La mayor parte de las instalaciones se diseñan para climatizar locales en
los que los ocupantes deben desarrollar actividades de tipo sedentario (NM =
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Parámetros del confort
1 met) y en cuanto a la vestimenta empleada responde a condicionantes de
tipo sociológico cuya discusión sale del ámbito de este capítulo, aunque
puede decirse que en el momento actual suelen emplearse los valores
especificados por la norma UNE 100-013-85:
0.5 clo para condiciones de verano
1.3 clo para invierno.
3.3.1. AMBIENTES EQUIVALENTES
De acuerdo con lo expuesto, la velocidad de intercambio de calor entre
un individuo y su ambiente, para un índice de vestimenta dado, es función de
la temperatura media radiante de todos los objetos situados en su entorno,
de la temperatura y velocidad del aire, así como de la presión parcial ejercida
por el vapor de agua en este. La acción conjunta de la transmisión de calor
por convección hacia el aire y por radiación hacia los objetos del entorno, se
puede englobar en un índice ambiental denominado temperatura resultante
(UNE 100-012-84), que se define como la temperatura del aire en otro
recinto similar al considerado que, con aire en calma y los elementos de su
contorno a igual temperatura que el aire en otro recinto similar al
considerado que, con aire en calma y los elementos de su entorno a igual
temperatura que el aire, produce la misma sensación térmica, a paridad de
presión parcial ejercida por el vapor , nivel metabólico e índice de vestimenta. Dos locales con igual temperatura resultante, se pueden considerar
equivalentes respecto al intercambio de calor sensible.
Por distintas consideraciones, entre las que se encuentran razones de
ahorro energético, resulta aconsejable limitar la velocidad del aire dentro de
la zona normalmente ocupada de los locales climatizados a 0.15 m/s para el
del verano. En estas condiciones, la temperatura resultante de un local
coincide sensiblemente con la temperatura equivalente que se definió con
anterioridad.
Otro índice ambiental de gran interés, especialmente para el diseño de
instalaciones de acondicionamiento de aire, es la llamada temperatura
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Parámetros del confort
efectiva (UNE 100-012-84), que se define como la temperatura del aire en
otro recinto similar al considerado que, con aire a 0.2 m/ s y al 50% de
humedad relativa y con los elementos de su contorno a la misma temperatura que el aire, produce la misma sensación térmica que el entorno
considerad, a paridad de nivel metabólico e índice de vestimenta. Dos locales
con igual temperatura efectiva, se pueden considerar equivalentes desde el
punto de vista de la sensación térmica que producen sobre un mismo
individuo.
Dado que en los locales calefactados mediante sistemas de calefacción
seca y siempre que estén correctamente ventilados, la humedad relativa del
aire suele oscilar habitualmente entre el 40% y el 60%, se puede admitir que
desde el punto de vista del diseño de instalaciones de calefacción tanto la
temperatura efectiva, como la resultante, coinciden con la temperatura
equivalente con suficiente aproximación.
3.3.2. CAMPOS Y DIAGRAMAS DE BIENESTAR
A pesar de que el bienestar es una sensación totalmente subjetiva y por
ello variable de unos individuos a otros, estudios estadísticos realizados sobre
amplias muestras de población han permitido establecer unos intervalos de
valores para la temperatura equivalente y la humedad absoluta del aire, que
determinan el campo de bienestar para un individuo medio.
En la figura 3.1 se indican los campos de bienestar especificados por la
norma 55-1981 de ANSI/ASHRAE, correspondientes a condiciones ambientales de invierno y de verano respectivamente y, en ambos casos, para
individuos que desarrollen actividades fundamentalmente sedentarias. Según
los estudios realizados por FANGER, al menos un 80% de las personas
experimentaran una sensación térmica satisfactoria, en un ambiente cuyas
condiciones correspondan a un punto interior al cuadrilátero que determina
el campo de bienestar: la fracción de descontentos es tanto menor cuanto
más interior es el punto considerado.
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Parámetros del confort
Figura 3.1. Diagramas de bienestar
En la figura 3.2 se indica la influencia del nivel metabólico y del índice de
vestimenta sobre la temperatura equivalente que determina una sensación
de bienestar térmico, habiéndose supuesto aire en calma con una humedad
relativa del 50%. Como es esperable, al aumentar el nivel metabólico y el
índice de vestimenta, la zona de bienestar se desplaza hacia ambientes más
fríos.
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Parámetros del confort
Figura 3.2.
Ha de tenerse en cuenta que frecuentemente resultan ambientes
insatisfactorios cuyas condiciones globales están incluidas en el campo de
bienestar. De acuerdo con diversos estudios realizados, esto se debe fundamentalmente a la falta de uniformidad en las variables a lo largo del espacio
y también a valores locales de las mismas e incluso a su variación en el
tiempo, exponiéndose a continuación algunas conclusiones obtenidas por
FANGER en relación con estos efectos.
La existencia de gradientes térmicos es una causa frecuente de
insatisfacción. Así, por ejemplo, más del 10% de las personas
encuentran insatisfactoria una diferencia mayor de 4ºC entre las
temperaturas del aire a la altura de la cabeza (para personas
sentadas, a 1.10 m de altura) y de los pies (a 0.10 m de altura); igual
porcentaje de insatisfacción ocasionan diferencias mayores de 6ºC
entre la temperatura superficial de techo y la de los demás
paramentos o de 11ºC en el caso de áreas verticales frías (efecto de
“ pared fría”).
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Parámetros del confort
Un pavimento demasiado frío o demasiado caliente también puede
ser causa de malestar. Así la mayor parte de las personas encuentran
satisfactoria una temperatura superficial del suelo entre 15 ºC y 30ºc,
con un máximo (del orden del 95%) para una temperatura superficial
del suelo de unos 24ºC para temperaturas superficiales del suelo por
encima de los 28ºC , el porcentaje de personas insatisfechas crece
rápidamente.
De forma análoga, una velocidad del aire muy elevada. Más del 10%
de las personas encuentran insatisfactorio un ambiente a 20ºC
cuando la velocidad del aire es superior a 0.10 m/s, dándose el mismo
nivel de insatisfacción para velocidades de 0.15 m/s a 23ºC o de 0.20
m/s a 26ºC.
Finalmente cabe decir que son aceptables por los ocupantes cambios
lentos en la temperatura equivalente dentro de la zona de bienestar,
siempre que la velocidad de los mismos sea inferior a 0.6 º C/h.
3.4. CONDICIONES INTERIORES DE DISEÑO EN CALEFACCIÓN
En la tabla 2 del citado anexo 1, se indican valores recomendados para la
temperatura del aire en el interior de locales calefactados, en función del
tipo de actividad desarrollada en cada uno, habiéndose supuesto que los
ocupantes llevan ropa adecuada a la misma (normalmente con un índice de
vestimenta próximo a 1,3 clo) y que la velocidad del aire es siempre pequeña.
Para mantener una adecuada sensación de bienestar, es preciso evitar la
presencia de “paredes frías” y de fuertes gradientes de temperatura.
En este sentido, el Reglamento de Instalaciones de Calefacción,
Climatización y Agua Caliente Sanitaria, en su IT.IC.02.1 impone la
condición:
Que la temperatura resultante de los locales, medida en su centro y a
1.50 m del suelo, esté comprendida entre 18ºC y 22ºC
22
Parámetros del confort
Que además, la temperatura resultante a 1.80 m del suelo no habrá
de ser superior en más de 2ºC, ni inferior en más de 4ºC, a la
temperatura a nivel del suelo.
En el caso de calefacción por suelo radiante, la temperatura media
superficial no sobrepasará los 29ºC.
3.5.- CONDICIONES EXTERIORES DE DISEÑO
Para mantener constante la temperatura de un local calefactado, debe
igualarse en cada instante el flujo de calor que proporcionan los emisores situados en el local con la pérdida neta de calor que experimenta hacia su
entorno, es decir, con su carga térmica instantánea por lo que el flujo de
calor que se demanda en cada instante a los emisores resulta ser variable, de
acuerdo con las condiciones realmente reinantes en el exterior.
Con objeto de determinar el tamaño de los equipos que integran las instalaciones de calefacción, se supone que la temperatura del ambiente
exterior permanece constante e igual a un valor denominado temperatura
exterior de diseño, que estará relacionado con la temperatura exterior más
baja que resulta probable encontrar durante el tiempo de funcionamiento de
la instalación. Para mantener las condiciones en el interior de los locales en
valores próximos a los de diseño, se encomienda a los mecanismos de control
de la instalación la tarea de adecuar el funcionamiento de esta a las
condiciones exteriores que realmente existen en cada instante.
También es preciso conocer además otros datos relativos al comportamiento climático de la localidad en que se ubica el edificio a calefactar. En
muchos casos es conveniente fraccionar la potencia térmica total instalada,
para lo que ha de conocerse la frecuencia con que se da cada uno de los valores posibles de la temperatura exterior, es decir la curva de distribución de
frecuencias de la temperatura exterior. Para estimar el consumo anual de
energía de la instalación, debe conocerse el total de grados-día de
calefacción en esa localidad y para estimar las infiltraciones de aire exterior
frío en los locales es preciso conocer la dirección y velocidad del viento
dominante.
23
Parámetros del confort
El conjunto de todos estos datos climáticos (temperatura exterior de
diseño, distribución de frecuencias de temperatura exteriores, grado-día
anuales de calefacción y viento dominante) recibe el nombre de condiciones
exteriores, grados-día anuales de calefacción y viento dominante) recibe el
nombre de condiciones exteriores de diseño para calefacción y la
metodología que se emplea para estimarlas constituye el objeto de este
capítulo.
3.6.- CONCEPTOS CLIMÁTICOS BASICOS
la temperatura del aire atmosférico en un instante determinado varia de
unas localidades a otras, de acuerdo con su situación geográfica, altitud, etc.
para una localidad determinada varia también con el tiempo, debido a la
diaria sucesión de días y noches, a los cambios estaciónales y a circunstancias
meteorológicas del instante considerado. Si se promedian a lo largo de un
periodo de varios años (al menos cinco y preferiblemente diez o más) los
valores observados en un mismo momento del año para la temperatura del
aire en una localidad determinada, se elimina la influencia de los factores
meteorológicos y se obtiene un valor típico para ese momento del año, que
resulta característico del clima de la localidad considerada. A partir de este
momento se hará referencia siempre a estos valores típicos promediados
3.6.1.- LA VARIACIÓN DIARIA DE LA TEMPERATURA.
Para una localidad determinada, la temperatura del aire atmosférico
cambia a lo largo del día fundamentalmente por efecto del cambio en la
cantidad de radiación solar recibida
La temperatura mínima del día se alcanza alrededor de la hora
correspondiente a la salida del sol y la temperatura máxima entre dos y
cuatro horas después del mediodía. Un parámetro importante es la
temperatura media diaria, que se define usualmente como la media
aritmética de las temperaturas mínima y máxima de ese día. También es de
gran interés la oscilación diaria de temperaturas, definidas como diferencia
entre la temperatura máxima y mínima del día.
24
Parámetros del confort
La curva diaria de temperatura es más aplanada (la oscilación diaria es
menor) en las localidades del litoral que en las del interior, puesto que las
grandes masas de agua actúan como depósitos energéticos reguladores del
clima (clima marítimo frente a clima continental).
También resulta ser más aplanada con cielo cubierto que con cielo
despejado, puesto que el vapor de agua que constituye las nubes es menor
transparente a la radiación infrarroja emitida desde la tierra que a la
radiación solar. Este último efecto, junto con la menor insolación hace que la
oscilación diaria sea más pequeña en invierno que en verano.
La temperatura media diaria disminuye usualmente al aumentar la
altitud sobre el nivel del mar y la latitud geográfica de la localidad considerada. Sin embargo debe de tenerse en cuenta grandes masas interiores de
agua (lagos o ríos importantes), puede determinar la existencia de
microclimas particulares, que no son previsibles si se consideran sólo las
coordenadas geográficas y la altitud de la localidad considerada.
3.6.2.- LA VARIACIÓN ANUAL DE TEMPERATURA
Las temperaturas medias diarias presentan una variación aproximadamente senoidal a lo largo del año, con un máximo alrededor del mes de julio
y un mínimo alrededor del mes de enero. La temperatura media mensual es
el promedio de las temperaturas medias diarias obtenidas en ese mes y la
temperatura media anual es el promedio de las doce medias mensuales.
Cuando se promedian las temperaturas extremas correspondientes a
todos los días de un mes se obtienen las temperaturas máximas media y
mínima media de ese mes. La oscilación media diaria de temperatura en un
mes, se define como diferencia entre la temperatura máxima media y la
mínima media de ese mes.
En el hemisferio norte, los meses de junio, julio, agosto y septiembre son
25
Parámetros del confort
los más calurosos del año y normalmente son los considerados para fijar las
condiciones del verano, del mismo modo que los meses de diciembre, enero
y febrero son los más fríos y por tanto los considerados para fijar las
condiciones de invierno, aunque la temporada de calefacción abarque
usualmente un periodo más dilatado.
3.6.3.- ESTIMACIÓN DE DATOS CLIMÁTICOS
La Asociación Técnica Española de Climatización y Refrigeración (ATECYR) en colaboración con el instituto Nacional de Meteorología, ha elaborado
un conjunto de datos climáticos para acerca de una treintena de localidades
españolas. Para cada una de ellas, se indican datos climáticos de temperaturas y viento dominante, valores típicos trihorarios de las temperaturas seca y
húmeda, grados-día mensuales y anuales, distribución de frecuencias de las
temperaturas seca y húmeda y datos de regresión para la estimación
indirecta de condiciones exteriores de diseño en otras localidades para las
que no se dispone de datos directos.
Con base en los citados datos climáticos, se han publicado por AENOR
las siguientes normas:
UNE 100-001-85: “Condiciones climáticas para proyectos”
UNE 100-002-88: “Grados día base 15º C”
UNE 100-014-84: “Condiciones exteriores de cálculo”.
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Parámetros del confort
ANEXO 1
TABLA 1
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Parámetros del confort
TABLA 2
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