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? La norma ISO
7730 lo define 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.
La complejidad de la evaluación de la comodidad térmica se
puede ilustrar con un ejemplo: 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.
¿Como se regula la
temperatura del cuerpo?
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.
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 censores para el sistema de control. Están
localizados en la piel y en el hipotálamo. El hipotálamo tiene un censor de
calor que inicia la función de enfriamiento del cuerpo cuando la temperatura
del núcleo del cuerpo sobrepasa los 37º C. Los censores de la piel son censores
de frío que inician las defensas corporales contra el enfriamiento cuando la
temperatura de la piel cae por debajo de 34ºC.
Si los censores 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
censores de frío empiezan a enviar impulsos al cerebro; y si la temperatura
continúa bajando los impulsos se incrementan en número. El número de impulsos
es también una función de la rapidez del descenso de la temperatura de la piel.
De forma similar, el censor 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. Se considera que nuestra evaluación
del ambiente térmico se fundamenta en las señales de estos dos sistemas de
censores.
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
censores de calor ni de frío.
Dado que se necesita bastante tiempo para cambiar la
temperatura del núcleo del cuerpo, las señales del censor de calor varían muy
lentamente comparadas con las señales de los censores de frío.
Condiciones básicas para la Comodidad Térmica
Dos condiciones deben ser cumplidas que 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.
Durante esos experimentos se midieron la temperatura de
núcleo de cuerpo, la temperatura de piel y la cantidad de sudor producida a diversos
niveles de actividad conocidos, mientras que el grupo de personas del ensayo
permanecía térmicamente cómodo. Los resultados de los experimentos pueden verse
en la figura.
Se eligió la producción de sudor como parámetro en
sustitución de la temperatura del núcleo del cuerpo, pero como la producción de
sudor es una función de la temperatura profunda del cuerpo y de la piel, esto
no cambia para nada en el modelo de sensación térmica.
Durante el experimento, mientras se determinaba como era un
ambiente térmico cómodo, no se observaron diferencias entre sexos, edad, raza y
el origen nacional o geográfico. Sin embargo, sí se observaron diferencias
entre individuos en la misma situación.
Las ecuaciones que controlan el balance de energía para una
persona son relativamente simples. Se pueden estudiar en el Apéndice B.
La ecuación de la Temperatura Cómoda de la Piel y la
Producción de Sudor se puede combinar con la ecuación de Balance de Energía del
Cuerpo, para obtener la Ecuación de Comodidad. Esta ecuación describe la
relación entre unos parámetros físicos medibles y la
sensación térmica neutra experimentada por una persona "típica".
La Ecuación de Confort nos proporciona una herramienta
operativa con la cual, midiendo unos parámetros físicos, podemos evaluar bajo
que condiciones podemos ofertar comodidad térmica en un espacio habitado. La
Ecuación de Comodidad, desarrollada por P.O. Fanger [1] es demasiada complicada para cálculo manual y se
suele aplicar mediante ordenador o con el auxilio de tablas y gráficas. La
ecuación completa se muestra en los Apéndices A y B.
La ecuación revela que las temperaturas de las superficies
que rodean a una persona tienen una enorme influencia en la sensación térmica.
Un cambio de 1ºC en la temperatura de las superficies del entorno, bajo ciertas
circunstancias, puede influir tanto como un cambio de 1ºC en la temperatura del
aire. Además, la Ecuación de Comodidad demuestra que el nivel de humedad solo
tiene una influencia moderada en la sensación térmica.
En la práctica, es importante conocer los parámetros de
entrada que requiere la Ecuación de Comodidad, que son:
·
2 valores, en tablas, para el Nivel Metabólico y el Nivel de
Ropa de las personas (Valores Met y Clo).
·
De 2 a 4 parámetros medidos, que describan el ambiente
térmico en el lugar de estancia (Temperatura del aire, Temperatura radiante
media, Velocidad del aire y Humedad).
En resumen, la ecuación de Fanger
describe la relación entre la actividad o nivel metabólico y las pérdidas de
calor del cuerpo por los mecanismos de convención, radiación, transpiración y
respiración.
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
vatios (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
vatios.
Nuestro metabolismo está al mínimo mientras dormidos (0.8
Met) y se incrementa al máximo durante actividades deportivas, pudiendo superar
los 10 Met. La gráfica
muestra unos pocos ejemplos de niveles metabólicos para diversas actividades.
Como complemento, se presenta una tabla con los niveles metabólicos de
diferentes actividades. Así, por ejemplo, se suele emplear entre un nivel
metabólico de 1.2 Met, correspondiente a un trabajo normal de oficina, mientras
que el trabajo domestico es una actividad bastante intensa, con niveles de 2.5
a 2.9 Met.
Cuando se evalúa el nivel metabólico de una persona es
importante calcular el valor medio durante la última hora como mínimo, ya que
la capacidad térmica del cuerpo hace que éste cambie de temperatura muy lentamente,
"recordando" el nivel de actividad durante una hora aproximadamente.
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. En la figura se muestran algunos valores normales
de 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 Apéndice D
contiene una lista de artículos de ropa y sus valores Clo correspondientes.
El valor Clo obtenido de mediante el cálculo suele tener una
exactitud suficiente. Si se requieren valores exactos es mejor medir el valor
Clo utilizando un maniquí calentado.
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.
¿Qué parámetros se deben medir?
Cuando se mide el ambiente térmico de una habitación 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. Estos son:
|
ta |
Temperatura del aire |
ºC |
|
tr |
Temperatura radiante media |
ºC |
|
va |
Velocidad del aire |
m/s |
|
pa |
Humedad |
Pa |
La influencia de estos parámetros en la pérdida de energía
no son iguales, pero no es suficiente medir solo uno de ellos. Por ejemplo, la
Temperatura Radiante Media tiene con frecuencia una influencia tan grande como
la temperatura de aire sobre la pérdida de energía.
Para caracterizar el ambiente térmico interior con el mínimo
de parámetros y evitar la medida de la temperatura radiante media, que es
difícil de obtener y consume mucho tiempo, se han introducido algunos
parámetros integrados. Los 3 mas importante son la Temperatura Operativa (To), la Temperatura Equivalente (Teq) y la Temperatura Efectiva (ET *).
Los parámetros integrados combinan la influencia en la
pérdida de calor de los parámetros simples que se indica a continuación:
|
to |
ta + tr |
|
teq |
ta + tr + va |
|
ET * |
ta + tr + pa |
Los parámetros integrados nos ofrece la ventaja de describir
el ambiente térmico con menos datos.
¿Qué
es la Temperatura Radiante Media y cómo se mide?
La Temperatura
Radiante Media (tr) de un ambiente se
define como la temperatura uniforme de un local negro imaginario que produzca
en la misma pérdida de calor por radiación en las personas como el local real.
La ecuación para
el cálculo de Temperatura Radiante Media es:
La medición de la
temperatura de todas las superficies de una sala consume mucho tiempo, y
consume aun más tiempo el cálculo de los correspondientes coeficientes
angulares. Por ello se procura evitar el uso de la Temperatura Radiante Media
si es posible.
La Temperatura de
Globo, la Temperatura de Aire y la Velocidad de Aire en un punto se pueden
utilizar para el cálculo de la Temperatura Radiante Media. La precisión del
resultado es, sin embargo, dudosa, en parte porque los coeficientes angulares
entre el globo y las superficies de una sala son diferentes a los de una
persona y las mismos superficies, y por otra parte debido a la incertidumbre
del coeficiente de transferencia de calor por convección del globo.
En el Apéndice E
se muestra el uso de la Temperatura de Globo para el cálculo de Temperatura
Radiante Media, y un procedimiento para el cálculo de Temperatura Radiante
Media en base de las Temperaturas de Planos Radiantes.
¿Qué es la Temperatura
Operativa, Equivalente y Efectiva?
La definición y características de las temperaturas
integradas se pueden explicar usando la figura. El razonamiento de estas 3
temperaturas es similar.
Imagine que usted toma una persona y la mueve desde una sala
real en una sala imaginaria. Entonces ajusta la temperatura de la sala
imaginaria hasta que la persona experimente la misma pérdida de calor que en la
sala verdadera. Finalmente, determine la Temperatura de Aire de la sala
imaginaria, que por la definición es la temperatura integrada.
Cada uno de los parámetros de las temperaturas integradas
tiene su propia condición específica que debe cumplirse en la sala imaginaria.
Estas condiciones son:
|
to |
va’ = va |
pa’ = pa |
|
teq |
va’ = 0.0 |
pa’ = pa |
|
ET* |
Va’ = va |
HR = 50% |
Los valores de ET * y teq
son dependientes del nivel metabólico y ropa de las personas, mientras que el
valor to es independiente de estos
parámetros.
El sistema de ecuaciones para calcular teq
y to se describen en el Apéndice A. La
Temperatura Operativa puede también se calcula usando una ecuación simplificada
en el Apéndice F. Las ecuaciones para el cálculo de ET * pueden encontrarse en
el ASHRAE Handbook [7].
La Temperatura Operativa y Equivalente pueden medirse
directamente
Se puede comprobar que la Temperatura Operativa en un punto
determinado, para la mayoría de las aplicaciones, será igual a la temperatura
de un maniquí no calentado ajustado para ello. Un transductor de Temperatura
Operativa debería tener unas propiedades de intercambio de calor similares a
las del maniquí mencionado. O, para ser más preciso, el transductor y el
maniquí deberían tener:
·
El mismo coeficiente de pérdida de calor por radiación y
convección.
·
El mismo coeficiente angular con su entorno.
·
El mismo factor de absorción (emisividad) para la radiación
de onda corta y larga.
Un elipsoide gris claro, de 160 mm
de largo y 54 mm de diámetro, satisface las
especificaciones requeridas para ser un transductor de Temperatura Operativa.
Si se equipa este objeto con un censor para medir la temperatura superficial
media obtendremos un transductor de temperatura operativa.
Como el coeficiente angular de una persona respecto a su
entorno cambia según su postura, el transductor también debería ser capaz de
asumir diferentes posiciones equivalentes.
Si se calienta el Transductor Operativo a la misma
temperatura superficial de la ropa de una persona, se puede obtener
directamente la Pérdida de Calor Seco (H) del cuerpo.
H se determinada simplemente por la cantidad de energía
requerida para mantener la temperatura superficial del transductor. Si se
conoce H, la Temperatura Equivalente teq
puede calcularse y viceversa. La ecuación usada para esta conversión poder verse
en el Apéndice A.
Cuando se evalúa un lugar de estancia, se suele emplear la
Temperatura de Comodidad, (tco), que se define
como la Temperatura Equivalente en la que una persona tiene una sensación
térmica cómoda. No se suele hablar de humedad de comodidad, en parte por la
dificultad para percibir la humedad del aire, y por otra parte porque por la
poca influencia en la pérdida de calor de una persona cuando esta se encuentra
próxima a un estado de comodidad térmica.
La temperatura de comodidad en un ambiente determinado puede
calcularse mediante la ecuación de comodidad (Apéndice B). En la figura se
muestra algunos resultados de tales cálculos. Observe la diferencia de
Temperatura de Comodidad entre un trabajo pesado con bastante ropa y un trabajo
sedentario con ropa ligera.
Si una sala contiene mucha gente, vistiendo diferentes tipos
de ropa y efectuando diferentes tipos de actividades, puede ser difícil crear
un ambiente que garantice comodidad térmica para todos los ocupantes. Se puede
solucionar en parte cambiando los factores locales que puedan afectan la
comodidad térmica como, por ejemplo, instalando paneles radiantes para combatir
la sensación de frío o incrementando la ventilación para aliviar la sensación
de calor.
Afortunadamente, los individuos suelen regular su propia
comodidad térmica adaptando su ropa a las condiciones del ambiente y el tipo de
actividad, como por ejemplo, poniéndose una chaqueta o subiéndose las mangas de
la camisa.
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). 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.
Para predecir cuánta gente está insatisfecha en un ambiente
térmico determinado, se ha introducido el índice de Porcentaje de Personas
Insatisfechas PPD (Predicted Percentage
of Dissatisfied). En el
índice PPD la gente que vota - 3, - 2, +2, +3 en la escala PMV se considera
térmicamente insatisfechas.
Observe que enla curva que muestra
la relación entre PMV y PPD nunca se consigue menos de un 5% de personas
insatisfechas. En el Apéndice B se puede ver como se calcula los valores de PMV
y PPD.
Aunque una persona tenga una sensación de neutralidad
térmica en general, puede tener partes del cuerpo en condiciones de incomodidad
térmica. Este malestar térmico local no se puede evitar elevando o disminuyendo
la temperatura del local. Es necesario eliminar la causa del calentando o
enfriando localizado.
Generalmente, el malestar térmico local se puede clasificar
en algunas de estas 4 categorías:
1.
El enfriamiento local del cuerpo por convección ocasionado
por el turbulencias
2.
El enfriamiento o calentamiento por la radiación de zonas
del cuerpo. Esto es conocido como un problema de asimetría de la radiación.
3.
Los pies fríos y la cabeza caliente al mismo tiempo,
ocasionado por una gran diferencia vertical de temperatura del aire.
4.
Los pies calientes o fríos, ocasionados por una temperatura
incómoda del suelo.
Recuerde que sólo se puede juzgar la calidad ambiental de un
local cuando se han investigado los parámetros tanto de la comodidad térmica
general como de la localizada.
Las corrientes de aire son una de las quejas más comunes
cuando se estudian locales con aire acondicionado, vehículos o aviones. En
realidad, el hombre no puede sentir velocidad de aire, sino que las quejas de
la gente son debidas a un desagradable enfriamiento local de su cuerpo.
La gente son muy sensibles a las corrientes de aire en las
partes desnudas del cuerpo. Por lo tanto, las corrientes sólo se suelen sentir
en la cara, las manos y en la parte baja de las piernas.
El flujo de calor perdido por la piel, ocasionado por las
corrientes de aire, es función de la velocidad media del aire, así como también
la turbulencia del flujo y la temperatura del aire.
Debido a la manera en que funcionan los sensores
del frío de la piel, el grado de malestar no solo dependiente de la pérdida
local de calor, sino que también la fluctuación de la temperatura de piel tiene
una gran influencia. Un flujo de aire muy turbulento se puede sentir mucho mas
molesto que un flujo continuo a la misma velocidad, aunque produzcan el mismo
enfriamiento.
Se cree que las turbulencias crean tantas diferencias de
temperatura en la piel que provoca un exceso de estímulos desagradables, los
cuales son enviados por los sensores de frío de la
piel.
Se sabe algo sobre qué tipos de fluctuaciones ocasionan un
mayor malestar, mediante el estudio de grupos de individuos sometidos a diversas
frecuencias de variación de velocidad de aire. La fluctuación con una
frecuencia de 0.5 Hz son las más incómodas, mientras
que las frecuencias superiores a 2 Hz no se sienten.
Evaluación
de las Corrientes de Aire
El porcentaje de personas incómodas por corrientes de aires
se puede calcular usando las siguientes ecuaciones:
Donde:
DR = Coeficiente de Turbulencias [%]
ta = Temperatura del aire [°C]
va = Velocidad de Aire [m / s]
SD = Desviación estándar de la velocidad de aire [m / s]
Para describir la fluctuación de la velocidad de aire se
suele emplear el término "Intensidad de Turbulencia", que se define
como:
La ecuación del Coeficiente de Turbulencias procede de la
norma ISO 7730 norma, y está basada en estudios realizados con 150 sujetos. La
ecuación se puede aplicar a personas que realizan actividades sedentarias o muy
ligeras, en condiciones próximas a las de comodidad térmica. Para calcular va
y SD de han usado periodos de 3 minutos.
El censor de velocidad que se utilice para evaluar las
turbulencias debe tener altas prestaciones para ser capaz de medir: velocidades
de aire menores a 0.05 m/s, fluctuaciones de hasta 2 Hz,
y no afectarle la dirección del flujo de aire.
A velocidades muy bajas, la dirección del flujo del aire en
la zona ocupada cambia rápidamente. Ya que no es posible colocar el censor en
una dirección predeterminada es por lo que se precisa un censor
omnidireccional.
Asimetría de la Radiación Térmica
Si usted permanece frente al fuego de una chimenea en un día
frío, después de un período de tiempo comenzará a sentir un frío incómodo en la
espalda. Este malestar no se puede evitar acercándose al fuego, ya que el
aumento de la temperatura del cuerpo aumenta la incomodidad. Este es un ejemplo
de cómo una radiación térmica no uniforme puede resultar incómoda para el cuerpo.
Para describir esta falta de uniformidad térmica del campo
de radiación se utiliza el parámetro de Asimetría de Temperatura Radiante (D tpr). Este parámetro se define como la
diferencia de Temperatura Radiante Plana (tpr)
entre los dos caras opuestas de un elemento pequeño plano.
Los experimentos con personas expuestas a diferentes grados
de asimetría de temperatura radiante ha demostrado que los techos calientes y
las ventanas frías pueden ser la causa de una elevada incomodidad, mientras que
los techos fríos y las paredes calientes causan una incomodidad menor. Durante
estos experimentos todas las otras superficies y el aire se mantuvieron a la
misma temperatura.
El parámetro de Asimetría de Temperatura Radiante (D tpr) se puede obtener de dos maneras. Uno,
midiendo la Temperatura Radiante Plana (tpr)
en dos direcciones opuestas usando un transductor que integra la radiación
incidente sobre un pequeño elemento plano procedente de cada hemisferio. El
otro sería midiendo las temperaturas de todos los superficies del entorno y
entonces calcular Asimetría de Temperatura Radiante. En el Apéndice F se
muestra el procedimiento para realizar dicho cálculo.
Diferencia Vertical de Temperatura del Aire
Generalmente es desagradable sentir calor en la cabeza y a
la vez sentir frío en los pies, con independencia de que la causa sea por
radiación o convección.
En el apartado anterior se estudió los límites de tolerancia
de la Asimetría de Temperatura Radiante. Ahora estamos estudiando la diferencia
de temperatura del aire aceptable entre la cabeza y los pies.
Los experimentos se efectuaron con personas en un estado de
neutralidad térmica. Los resultados, mostrados en el diagrama, muestran que una
diferencia temperatura del aire de 3°C entre la
cabeza y los pies provocaron un 5 % de insatisfechos. La norma ISO 7730 ha
tomado estos 3°C como el límite aceptable para una
persona sentada con una actividad sedentaria.
Cuando se mida la diferencia de temperatura del aire es
importante usar un transductor protegido de la radiación térmica. Esto asegura
que se mida la temperatura de aire y no una combinación indefinida de
temperatura del aire y temperatura radiante.
La Diferencia Vertical de Temperatura del Aire se expresa
como la diferencia entre la Temperatura de Aire al nivel del tobillo y al nivel
de cuello.
Debido al contacto de los pies en el suelo, se puede
producir un malestar local en los pies ocasionado por una temperatura del suelo
demasiado alta o baja.
Hablar de incomodidad térmica ocasionada por la temperatura
de piso es incorrecto, ya que el malestar está causado por la pérdida de calor
de los pies. Esta pérdida de calor depende, además de la temperatura del piso,
de parámetros tales como la conductividad y la capacidad térmica del material
del piso, y también del tipo de calzado.
Esta diferencia de conductividad y capacidad térmica hace
que los pisos de corcho se sientan cálidos al tacto, mientras que los pisos de
mármol se sientan fríos.
Si la gente utiliza "calzado normal de interior",
el material de piso no tiene mucha importancia, y es posible establecer algunos
niveles de comodidad para esta situación "normal".
La norma ISO 7730 establece el nivel de comodidad aceptable
para actividades sedentarias en un 10% de personas insatisfechas. Esto se
traduce en un rango de Temperaturas del Suelo aceptables entre 19°C y 29°C.
Las recomendaciones para personas descalzas son bastante
diferentes. Las temperaturas óptimas en un cuarto de baño son de 29°C para un suelo de mármol y de 26°C
para un revestimiento plástico sobre la madera.
Cómo
se realiza la medición de un puesto de trabajo.
¿Dónde se deben poner los sensores
para medir el lugar ocupado por una persona?. En la figura se muestran las
posiciones típicas para personas sentadas y de pié. En general, los sensores se deberían poner en el centro de gravedad de la
persona, excepto cuando se mida la Diferencia Vertical de Temperatura del Aire
y las Corrientes de aire, que deben hacerse al nivel del cuello y del tobillo.
Según el método elegido para medir la Pérdida de Calor Seco
(H) se necesitan uno, dos o tres sensores. Las
opciones son:
·
Un sensor de Pérdida de Calor
Seco.
·
Un sensor de Temperatura Operativa
y un sensor de Velocidad del Aire.
·
Un sensor de Temperatura Radiante,
de Temperatura del Aire y de Velocidad del Aire.
La norma ISO 7730 propone las siguientes condiciones de
comodidad térmica para un lugar ocupado por una persona realizando una
actividad sedentaria:
·
-0.5 < PMV < +0.5
·
DR < 15% en el cuello y el tobillo.
·
Diferencia Vertical de Temperatura del Aire entre el cuello
y el tobillo menor de 3°C.
·
Asimetría de Temperatura Radiante por ventanas frías menor
de 10°C.
·
Asimetría de Temperatura Radiante por techos calientes menor
de 5°C.
·
Temperatura del Suelo entre 19°C y
29°C.
·
Humedad Relativa entre 30% y 70%.
Cómo se evalúa 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.
Apéndice A: Cálculo de la Pérdida de Calor Seco H
Pérdida de Calor Seco H en función de la Temperatura
Radiante Media:
También, H en función de la Temperatura Operativa:
También, H en función de la Temperatura Equivalente:
Otra ecuación para H es:
Cuando las ecuaciones 1 y 2 se combinan, Tcl
se puede despejar:
También, Tcl en
función de la Temperatura Operativa:
También, Tcl en
función de la Temperatura Equivalente:
Donde:
·
El cálculo de Tcl es un proceso
iterativo, mientras que el cálculo de H es mas directo.
·
Estas ecuaciónes se ha elaborado de acuerdo a la norma ISO 7730
[ref. 2]
Apéndice
B: Ecuaciones de Balance de Calor, Comodidad y PMV
Ecuación de Balance de Calor para el cuerpo humano:
Ecuación de Comodidad:
Ecuación del Voto Medio Previsto PMV:
Ecuación de Porcentaje de Personas Disconformes PPD:
Procedimiento para calcular los parámetros de las anteriores
ecuaciones:
·
H se puede medir directamente utilizando un sensor de Pérdida de Calor Seco, o calculado según las
ecuaciones del apendice A.
·
Esw y tsk
en la ecuación de balance de calor deben ser medidos.
·
El trabajo externo W debe ser igual a 0 en la mayoría de los
casos.
·
Estas ecuaciones se ha elaborado de acuerdo con Fanger [ref. 1] y a la norma ISO 7730 [ref. 2].
·
En las
ecuaciones de Comodidad y PMV, la respuesta fisiológica del sistema
termorregulador se ha relacionado estadísticamente con los votos de sensación
térmica obtenidos en experimentos con mas de 1300 personas.
Apéndice
C: Tabla de Niveles Metabólicos - Met
Nota: 1 Met =
58.2 W/ m2
|
Niveles
Metabólicos (M) de las siguientes Actividades: |
W/m2 |
Met |
|
Acostado |
46 |
0.8 |
|
Sentado relajado |
58 |
1.0 |
|
Trabajo de
relojero |
65 |
1.1 |
|
De pié,
relajado |
70 |
1.2 |
|
Actividad
sedentaria: oficina, vivienda, escuela. |
70 |
1.2 |
|
Conduciendo un
automóvil |
80 |
1.4 |
|
Profesión
gráfica, encuadernador |
85 |
1.5 |
|
De pié,
actividad ligera: comprando, industria ligera. |
93 |
1.6 |
|
Profesor |
95 |
1.6 |
|
Trabajo
doméstico: afeitarse, lavarse, vestirse. |
100 |
1.7 |
|
Caminando
horizontal 2 Km/h |
110 |
1.9 |
|
De pié,
actividad media: vendedor, trabajo domestico. |
116 |
2.0 |
|
Construcción,
colocando bloques de 15 Kg |
125 |
2.2 |
|
De pié, lavando
platos |
145 |
2,5 |
|
Trabajo
doméstico: rastrillando hojas sobre el cesped. |
170 |
2.9 |
|
Trabajo
doméstico: lavando a mano y planchando. (120-220 W/m2) |
170 |
2.9 |
|
Construcción: hormigonando con un vibrador neumático |
175 |
3.0 |
|
Construcción:
encofrando. |
180 |
3.1 |
|
Caminando en horizontal
5 Km/h |
200 |
3.4 |
|
Forestal:
cortando monte con una sierra mecánica |
205 |
3.5 |
|
Agricultura:
arando con un tiro de animales |
235 |
4.0 |
|
Construcción:
cargando una carretilla con piedras |
275 |
4.7 |
|
Deporte:
patinando sobre hielo 18 Km/h |
360 |
6.2 |
|
Agricultura:
cavando con una pala (24 golpes/minuto) |
380 |
6.5 |
|
Deporte:
esquiando en horizontal 9 Km/h |
405 |
7.0 |
|
Forestal:
trabajando con un hacha de 2 Kg (33 golpes/minuto) |
500 |
8.6 |
|
Deporte:
corriendo a 15 Km/h |
550 |
9.5 |
Apéndice
D: Tabla de Niveles de Ropa - Clo
Nota: 1 Clo =
0.155 m2°C/W
|
Prendas de vestir |
Iclu |
Clo |
m2°C/W |
|
Ropa interior inferior |
Medias
|
0.02 |
0.003 |
|
|
Panty |
0.03 |
0.005 |
|
|
Bragas
y calzoncillos |
0.04 |
0.006 |
|
|
Calzoncillo
1/2 pierna de lana |
0.06 |
0.009 |
|
|
Calzoncillo
pierna entera |
0.10 |
0.016 |
|
Ropa interior superior |
Sujetador
|
0.01 |
0.002 |
|
|
Camiseta
sin mangas |
0.06 |
0.009 |
|
|
Camiseta
manga corta |
0.09 |
0.014 |
|
|
Camiseta
manga larga |
0.12 |
0.019 |
|
|
Camiseta
térmica nylon |
0.14 |
0.022 |
|
Camisas |
Top de tubo |
0.06 |
0.009 |
|
|
Camisa
manga corta |
0.09 |
0.029 |
|
|
Blusa
ligera, manga larga |
0.15 |
0.023 |
|
|
Camisa
ligera, manga larga |
0.20 |
0.031 |
|
|
Camisa
normal, manga larga |
0.25 |
0.039 |
|
|
Camisa
franela, manga larga |
0.30 |
0.047 |
|
|
Blusa
larga de cuello de cisne |
0.34 |
0.053 |
|
Pantalones |
Pantalones
cortos |
0.06 |
0.009 |
|
|
Pantalones
cortos de excursión |
0.11 |
0.017 |
|
|
Pantalones
ligeros |
0.20 |
0.031 |
|
|
Pantalones
normales |
0.25 |
0.039 |
|
|
Pantalones
de franela |
0.28 |
0.043 |
|
|
Pantalones
de chandal |
0.28 |
0.043 |
|
Mono |
De
diario, con cinturón |
0.49 |
0.076 |
|
|
De
trabajo |
0.50 |
0.078 |
|
De alto aislamiento |
Multicomponente, relleno |
1.03 |
0.160 |
|
|
Con
forro de peluche |
1.13 |
0.175 |
|
Suéter |
Chaleco
|
0.12 |
0.019 |
|
|
Suéter
fino |
0.2 |
0.031 |
|
|
Suéter
fino cuello de cisne |
0.26 |
0.040 |
|
|
Suéter
normal |
0.28 |
0.043 |
|
|
Suéter
grueso |
0.35 |
0.054 |
|
|
Suéter
grueso cuello de cisne |
0.37 |
0.057 |
|
Chaqueta |
De
vestido |
0.13 |
0.020 |
|
|
Chaqueta
ligera de verano |
0.25 |
0.039 |
|
|
Chaqueta
|
0.35 |
0.054 |
|
|
Anorak |
0.30 |
0.047 |
|
Abrigos |
Abrigo
|
0.60 |
0.093 |
|
|
Gabardina
|
0.55 |
0.085 |
|
|
Parka |
0.70 |
0.109 |
|
|
Sobreabrigo multicomponente
|
0.52 |
0.081 |
|
calzado |
Calcetines
|
0.02 |
0.003 |
|
|
Calcetines
gruesos tobillos |
0.05 |
0.008 |
|
|
Calcetines
gruesos largos |
0.10 |
0.016 |
|
|
Zapatilla,
rellena de peluche |
0.03 |
0.005 |
|
|
Zapato
suela fina |
0.02 |
0.003 |
|
|
Zapato
suela gruesa |
0.04 |
0.006 |
|
|
Botas
|
0.10 |
0.016 |
|
|
Guantes
|
0.05 |
0.008 |
|
Falda, vestido |
Falda
ligera, 15 cm sobre rodilla |
0.10 |
0.016 |
|
|
Falda
ligera, 15 cm bajo rodilla |
0.18 |
0.028 |
|
|
Falda
gruesa hasta la rodilla |
0.25 |
0.039 |
|
|
Vestido
ligero sin mangas |
0.25 |
0.039 |
|
|
Vestido
de invierno manga larga |
0.40 |
0.062 |
|
Ropa de cama |
Camisón
largo de manga larga |
0.30 |
0.047 |
|
|
Camisón
corto de tirantes |
0.15 |
0.023 |
|
|
Camisón
de hospital |
0.31 |
0.048 |
|
|
Pijama
de mangas y pantalones largos |
0.50 |
0.078 |
|
|
Body de dormir con pies |
0.72 |
0.112 |
|
|
Pantalón
corto |
0.10 |
0.016 |
|
Batas |
Bata
larga acolchada de manga larga |
0.53 |
0.082 |
|
|
Bata
corta acolchada de manga larga |
0.41 |
0.064 |
|
Asientos |
Madera
o metal |
0.00 |
0.000 |
|
|
tapizado,
acolchado, con cojín |
0.10 |
0.016 |
|
|
Sillón
|
0.20 |
0.032 |
Apéndice E: Cálculo de la
Temperatura Radiante Media:
Ecuación para calcular la Temperatura Media Radiante a
partir de la Temperatura de Aire y de Globo:
La siguiente ecuación se puede utilizar para calcular el
coeficiente de transferencia de calor:
Para un Termómetro de Globo:
Para un censor de Temperatura Operativa (elipsoide gris de
160mm x 54mm diámetro):
Temperatura Radiante Media estimada a partir de valores
medidos de Temperatura Radiante Plana:
La TRM se puede calcular con un buen grado de precisión a
partir de 6 medidas de Temperatura Radiante Plana. Para una persona sentada la
ecuación sería:
Para una persona de pié sería:
Apéndice F: Calculo de la Temperatura
Radiante Plana y Temperatura Operativa:
La siguiente ecuación se puede utilizar para calcular la
Temperatura Radiante Plana:
ti es la temperatura de la superficie nº i [°C]
Fpl-i es el coeficiente angular
entre una pequeña superficie y la superficie i.
Cálculo de la Temperatura Operativa:
La siguiente ecuación simplificada ofrece una precisión
razonable:
Ecuación procedente de la referencia [2]
|
a |
Ancho de una
superficie rectangular |
[m] |
|
ADu |
Area DuBois. Superficie de un cuerpo humano
desnudo, calculado con la fórmula de DuBois. |
[m2]
|
|
Ai |
Area de una superfice plana. |
[m2]
|
|
Ar |
Área efectiva
radiante de un cuerpo. Superficie que intercambia energía radiante con el
entorno, con un ángulo sólido de 4p stereoradianes.
Es inferior a la superficie real de un cuerpo debido a que la piel no es una
superficie convexa. |
[m2]
|
|
b |
Largo de una
superficie rectangular |
[m] |
|
c |
Distancia entre
dos superficies. |
[m] |
|
Cres |
Intercambio de
calor de convección por respiración |
[W/m2]
|
|
D |
Diámetro del sensor de temperatura de globo |
[m] |
|
DR |
Porcentaje de
personas incómodad por corrientes de aire (Draught Rate). |
[%] |
|
E |
Intercambio de
calor por evaporación en la piel. |
[W/m2]
|
|
Ec |
Intercambio de
calor por evaporación en la piel cómodo, cuando la persona tiene una
sensación térmica neutra. |
[W/m2]
|
|
Eres
|
Intercambio de
calor por evaporación por respiración |
[W/m2]
|
|
Esw |
Intercambio de
calor por evaporación en la piel. |
[W/m2]
|
|
ET* |
Temperatura
Efectiva (* = nueva definición) |
[°C] |
|
fcl |
Coeficiente de
área vestida. Razón entre el área vestida y el área total de un cuerpo
desnudo. |
|
|
Fp-i |
Coeficiente
angular entre la persona y la superficie i. Se define como la fracción de la
energía radiante difusa que abandona el cuerpo e incide directamente sobre la
superficie i. |
|
|
Fpl-i |
Coeficiente
angular entre un pequeño plano y la superficie i. Se define como la fracción
de la energía radiante difusa que abandona el pequeño plano e incide
directamente sobre la superficie i. |
|
|
hc |
Coeficiente de
transferencia de calor por convección. |
[W/m2/°C] |
|
hc,eq |
Coeficiente de
transferencia de calor por convección con el aire en reposo. |
[W/m2/°C] |
|
hcg |
Coeficiente de
transferencia de calor por convección para un globo (elipsoide). |
[W/m2/°C] |
|
hr |
Coeficiente de
transferencia de calor por radiación |
[W/m2/°C] |
|
H |
Perdido de Calor
Seco. Calor perdido por un cuerpo por convección, radiación y conducción. |
[W/m2]
|
|
Icl |
Aislamiento de
la Ropa. Es el valor promedio que incluye las partes desnudas del cuerpo. |
[m2°C/W] |
|
Iclu |
Aislamiento de
prenda de vestir. Expresado como incremento de aislamiento debido a una
prenda de vestir. |
[m2°C/W] |
|
Kcl |
Flujo de calor
por conducción a través de la ropa. |
[W/m2]
|
|
M |
Nivel
Metabólico. Cantidad de energía química transformada en calor y trabajo
mecánico por actividades aeróbicas y anaerobias en el cuerpo. |
[W/m2]
|
|
pa |
Humedad.
Presión parcial de vapor en el aire. |
[Pa] |
|
p’a |
Humedad en un
local imaginario. |
[Pa] |
|
PMV |
Voto Medio
Previsto (Predicted Mean Vote), de un grupo de
personas en una escala de sensación térmica de 7 puntos. |
|
|
PPD |
Porcentaje
Previsto de Disconformes (Predicted Percentage of Dissatisfied), de un grupo de personas que están
sintiendo demasiado calor o frío. |
[%] |
|
q |
Intercambio de
calor entre el cuerpo y su entorno. |
[W/m2]
|
|
q’ |
Intercambio de
calor entre el cuerpo y su entorno en un local imaginario. |
[W/m2]
|
|
R |
Intercambio de
calor radiante. |
[W/m2]
|
|
R’ |
Intercambio de
calor radiante en un local imaginario. |
[W/m2]
|
|
RH |
Humedad
Relativa |
[%] |
|
SD |
Desviación
estándar de la velocidad del aire. |
[m/s] |
|
ta |
Temperatura del
aire. |
[°C] |
|
t’a |
Temperatura del
aire de un local imaginario. |
[°C] |
|
tco |
Temperatura de
Comodidad. La Temperatura Equivalente a la cual una persona experimenta una
sensación térmica neutra. |
[°C] |
|
tcl |
Temperatura de
la superficie de la ropa. |
[°C] |
|
teq |
Temperatura
Equivalente. |
[°C] |
|
tg |
Temperatura de
Globo. |
[°C] |
|
ti |
Temperatura de
la superficie i. |
[°C] |
|
to |
Temperatura
Operativa. |
[°C] |
|
tr |
Temperatura
Radiante Media. |
[°C] |
|
t’r |
Temperatura
Radiante Media en un local imaginario |
[°C] |
|
tpr |
Temperatura
Radiante Plana. |
[°C] |
|
D tpr |
Asimetría de
Temperatura Radiante. |
[°C] |
|
tsk |
Temperatura
media de la piel. |
[°C] |
|
Tu |
Intensidad de
la turbulencia. |
[%] |
|
va |
Velocidad media
del aire en un punto. |
[m/s] |
|
v’a |
Velocidad media
del aire en un punto de un local imaginario |
[m/s] |
|
var |
Velocidad
Relativa Media del Aire en los ocupantes, incluyendo los movimientos del
cuerpo. |
[m/s] |
|
W |
Potencia
mecánica efectiva. |
[W/m2]
|
|
e |
Coeficiente de
Emisión de la superficie del cuerpo, expresada como una fracción de la
emisividad de un Cuerpo Negro. |
|
|
s |
Constante de Stefan-Boltzmann (5.67 * 10-8)
|
[W/m2/°K4] |