3.bienestar tÉrmico i

El Bienestar Térmico

Arq. MSc. Josué Llanque.

ACONDICIONAMIENTO AMBIENTAL

CAPITULO III - IV

EL BIENESTAR TÉRMICO I


Universidad Católica de Santa María – Facultad de Arquitectura e Ingenierías Civil y del Ambiente



EL BIENESTAR TÉRMICO

PRIMERA UNIDAD:

1. El Confort Térmico.

2. El Grado de Confort en el Diseño Arquitectónico.

3. Variables del Proceso de Diferencias Térmicas.

4. El Bienestar Global.

5. Grado de Confort Térmico.

6. Balance del Confort Higrotérmico.

7. Estrategias de diseño bioclimático.



1. DEFINICIÓN DEL CONFORT TÉRMICO

El estado de confort térmico,

Se define como el valor nulo del balance

energético establecido entre el cuerpo

humano y las condiciones exteriores que lo

rodean.

Es decir, cuando la cantidad de energía

producida por el cuerpo humano es igual a

la suma de los flujos de energía que se

establecen entre la persona y el exterior.

Los seres vivos, poseen una serie de

mecanismos termorreguladores que

mantienen constante la temperatura del

cuerpo (36,5º – 37º c).

El proceso metabólico de los humanos está

produciendo un flujo de energía que varía

según la actividad.



2. GRADO DE CONFORT EN EL DISEÑO ARQUITECTÓNICO

1.1. EL HOMBRE COMO FUENTE

DE CALOR:

Los organismos, en sus funciones

vitales gastan energía. la cantidad de

esta energía es apreciable también en

completo reposo y se manifiesta como

emanación de calor (metabolismo).

Es así que, en condiciones normales la

temperatura del hombre es de 37º c.

TMS

33º C

34º C

37º C

27º C

41-42º C

ESTADO DE COMA /

COLAPSO

40º C

PROBLEMAS DE

CIRCULACIÓN

SANGUÍNEA

LA SANGRE NO > 42º C

NI SER < 32º C

→ SI PIERDE > CANTIDAD = SENSACIÓN DE FRÍO

Y SI PIERDE < CANTIDAD = SENSACIÓN DE CALOR

→ Obligatorio, proveer las condiciones

microclimáticas necesarias que

permitan los intercambios térmicos

convenientes para alcanzar el balance

de calor.



1.2. CANTIDAD DE CALOR GENERADO: PRODUCCIÓN METABÓLICA:

El hombre, como cualquier cuerpo, intercambia calor con el medio que le rodea por

conducción, convección y radiación (diferencias de tº). pero, su constitución biológica

le permite perder calor por evaporación.

GRADO DE CONFORT EN EL DISEÑO ARQUITECTÓNICO




-ESPACIO EXTERIOR:

Además, sufre modificaciones durante el día,

expuestas, a la radiación solar, luces,

personas, aparatos eléctricos y otros

generadores de calor.

-ESPACIO INTERIOR:

Vestido (resistencia térmica), temperatura y

emisividad de superficies (energía radiante),

temperatura, velocidad y humedad del aire.

LOS INTERCAMBIOS TÉRMICOS SON

COMPLEJOS (Factores y variables en juego):




VARIABLES DE GENERACIÓN DE CALOR:

- Edad: +de 40 años necesita 0,55º c de tº.

- Hábitos y Raza: dónde se habita y

costumbres que tienen, pueden soportar

las altas y bajas tº.

- Peso: sobrepasa su peso normal, la

actividad metabólica aumenta,

produciendo más energía calorífica.

- Altura: tendrá más o menos área de

intercambio de energías con el ambiente.



ACTIVIDAD W Kcal. / h

Dormido 85 73

Sentado en reposo 110 95

Tareas de oficina 140 120

Trabajos livianos de

pie (domésticos)

230 198

Trabajos medianos

(artesanales,

limpieza)

330 284

Trabajos pesados,

gimnasia

440 378

CALOR GENERADO EN UNA UNIDAD DE TIEMPO


El cuerpo, como una máquina térmica, consume energía en forma de calorías alimenticias

que, a través de procesos metabólicos internos, se transforma en otras formas de energía,

mecánica, química, eléctrica, etc. ( 37º c)



a) INTERCAMBIO DE CALOR CON EL

ENTORNO:

La persona intercambia calor con todo su

entorno, de ahí que su confort térmico

dependa de las temperaturas y

emisividades de las superficies de los

cerramientos y del equipamiento que lo

rodean, de la radiación solar, de la

ventilación, etc.

TIPO DE VESTIMENTA (CLO)

Desnudo 0,0

En malla (vestimenta mediana) 0,1

Shorts, sandalias, camisa sport. 0,3

Pantalón de verano (vestimenta

liviana)

0,5

Traje de verano y camisa con

corbata

0,7

Traje de invierno, chaleco de oficina 1,0

Idéntico al anterior, medias de lana 1,5

Ropa polar 3,4

INDICADOR DE AISLAMIENTOS TÉRMICOS

1.4. VARIABLES DEL PROCESO DE DIFERENCIAS TÉRMICAS

b) CERRAMIENTO ARTIFICIAL:

Tipo de ropa, es un factor importante para

la adaptación al clima.

En este sentido, la ropa equivale a una

resistencia térmica interpuesta entre el

cuerpo y el medio.



c) LA TEMPERATURA Y LA

VELOCIDAD DEL AIRE:

Son variables determinantes de la

cantidad de calor transmitido por

convección.

Un movimiento del aire de 1,5 m/s, tiene

efecto en la persona, con disminución

de 3ºc en la temperatura del medio

VARIABLES DEL PROCESO DE DIFERENCIAS TÉRMICAS




d) LA HUMEDAD DEL AIRE:

Interviene en la pérdida de calor por

evaporación.

El hombre siempre está perdiendo e. t.

bajo la forma de calor latente:

- 25% elimina por evaporación).

- 10% pierde por respiración.

- 15% por la piel por transpiración.

Estas cantidades se modifican según la

actividad y la temperatura del medio.

Ejemplo: en un salón, con 40 alumnos

incorporamos al aire del salón, 2 kg. de

vapor de agua/hora, entonces la

ventilación es necesaria.



e) TEMPERATURA MEDIA RADIANTE:

Es promedio de todas las temperaturas superficiales tomando en cuenta sus áreas.

TMR = A1 x T1 + A2 x T2 + … + An X Tn

A1 + A2 + … + An

Ejemplo: una habitación con las medidas (largo 5m, ancho 4m y alto 3m),

donde las temperaturas del piso =18º C; paredes 20º C; techo = 24º C.

TMR= (20x18)+(12x20)+(15x20)+(12x20)+(15x20)+(20x24)

20+12+15+12+15+20

24º C

20º C

18º C

20º C20º C

4

5

5

3

4

TMR= 1920 / 94 = 20,4º C




4. BIENESTAR GLOBAL:

CONFORT TÉRMICO.

Dependerá del metabolismo de las personas(37º C), el nivel de arropamiento y el

clima del lugar.

CONFORT RESPIRATORIO.

Según parámetros: humedad ambiente; concentración de gas carbónico (CO2 en el

aire fresco es 0,03% si alcanza a 0,15%, 1500 ppm - viciado); olores, concentración

en compuestos orgánicos volátiles. Renovación constante.

CONFORT ACÚSTICO.

Los parámetros establecen, como el nivel máximo permisible en ámbitos urbanos,

de 65 dB, durante el día y 55 dB en horas nocturnas.

CONFORT VISUAL.

Los parámetros siguientes: el nivel de iluminación de la superficie de trabajo y el

contraste de luminancia entre el objeto observado y su soporte. Luz natural.



CONFORT TÉRMICO:Según los intercambios de energía entre el cuerpo

humano con el ambiente, influyen los parámetros

térmicos siguientes:

-El metabolismo.

-Temperatura del aire.

-Temperatura de radiación.

-Humedad relativa del aire.

-Velocidad del aire respecto al cuerpo.

-Temperatura de la pared.

Finalmente, el más importante es el grado de actividad

que influye directamente sobre el metabolismo.

ZONA DE BIENERTAR TÉRMICO:

entendido como aquella condición de la mente que

expresa satisfacción del ambiente térmico, donde prima la

ausencia del malestar térmico que tiene una base

fisiológica, donde los mecanismos termorreguladores del

cuerpo se encuentran en un estado de mínima actividad.



b) FACTORES DE CONFORT DEL

USUARIO:

REFERIDO A CONDICIONES BIOLÓGICO-

FISIOLÓGICAS (herencia, sexo, edad,

etc.),

SOCIOLÓGICAS (tipo de act., educación,

ambiente familiar, moda, tipo de

alimentación, etc.) y

PSICOLÓGICAS del usuario en particular.

5. GRADO DE CONFORT TÉRMICO

AGENTES QUE DEFINEN EL CONFORT:

a) PARÁMETROS AMBIENTALES DE

CONFORT:

CARACT. FÍSICAS Y AMBIENTALES DE UN

ESPACIO HABITABLE (visuales,

acústicos, térmicos y la calidad del

aire).



6. BALANCE DEL CONFORT HIGROTÉRMICO

balance térmico en el cuerpo humano, se desarrolla a partir de un estudio preliminar del

intercambio térmico entre el cuerpo humano y su entorno físico.

M-W = +/-CV+/-R+/-CC+/-RS+EV+D+A

M = Velocidad del metabolismo Kcal.

W = Energía mecánica efectiva exterior.

CV = Intercambios por convección.

R = Intercambios por radiación.

CC = Intercambios por conducción.

RS = Intercambios por respiración.

EV = Pérdidas por evapotranspiración.

D = Difusión vapor de agua de la piel.

A = Calor acumulado por el cuerpo.



BALANCE TÉRMICO EN EL CUERPO HUMANO:

M = +/-CV+/-R+EV

CONSIDERANDO A LA PERSONA

DESNUDA: DE 35 AÑOS, 70 Kg. Y 1,70 m.

Balance: calor generado por el

metabolismo, calor intercambiado por

convección, conducción, radiación y

pérdida de calor por evaporación.

Ta = 29,2ºc, esta temperatura sería para

persona desnuda.

VERANO(0,7CLO): Ta = 24,09ºC.

INVIERNO(1,2CLO): Ta = 20,44ºC.GRAF. 15. BALANCE DEL CONFORT HIGROTÉRMICO

Considerando, que la persona desarrolla

una actividad sedentaria (sin ejercer trabajo

alguno).

BALANCE DEL CONFORT HIGROTÉRMICO



7. ESTRATEGIAS DE DISEÑO BIOCLIMÁTICO

CARTA BIOCLIMÁTICA DE OLGYAY CARTA BIOCLIMÁTICA DE GIVONI

CARTAS BIOCLIMATICAS

CLASIFICACIÓN: Carta Bioclimática de Olgyay y Carta Bioclimática de Givoni.

Las diagramas o cartas bioclimáticas son sistemas de representación gráfica de las relaciones

entre las diferentes variables térmicas que influyen en la sensación del confort térmico.

Básicamente se trata de diagramas psicrométricos, es decir relacionan temperatura y humedad,

sobre los que se establecen las condiciones de confort en función de los índices térmicos.



ESTRATEGIAS DE DISEÑO BIOCLIMÁTICO

CARTA BIOCLIMÁTICA DE OLGYAY

CARTA BIOCLIMATICA DE OLGYAY

Esta carta es un diagrama de condiciones

básicas donde el eje de abscisas representa

la humedad relativa y el de ordenadas la

temperatura.

Dentro de este diagrama se localiza una zona

denominada de confort con cuyos valores

temperatura-humedad del cuerpo humano

tiene una sensación térmica agradable.

Cada sector dispone de una carta bioclimática

específica, dependiendo de las condiciones

particulares de temperatura y humedad,

representativa del clima.

Sobre dicha carta se pueden estudiar las

desviaciones respecto a la zona de confort y

cómo actuar para volver a la misma.




CARTA BIOCLIMÁTICA DE GIVONI

El Diagrama de Givoni es un diagrama

psicométrico: es decir, tiene en cuenta las

características del aire, la humedad y la

temperatura para evaluar la sensación térmica y

de confort.

Este método, a diferencia de la carta de Olgyay,

tiene en cuenta las características de la

construcción como modificadoras de las

condiciones del clima exterior.

En el eje de abscisas se representan las

temperaturas de bulbo seco y las ordenadas

representan la tensión parcial de vapor de agua

contenido en el aire; las líneas curvas,

psicrométricas, representan la humedad relativa.

Se delimitan varias zonas cuyas características

de temperatura y humedad indican la

conveniencia de utilizar unas determinadas

estrategias de diseño en la edificación.

CARTA BIOCLIMATICA DE GIVONI




1. ZONA DE CONFORT.


Donde el cuerpo humano requiere

un mínimo gasto de energía

para ajustarse al ambiente.

La zona de confort, limitado por 21º c,

entre el 20% y el 70% hr. y una línea

quebrado a los 26º c, entre el 20% y

52% hr, unido con 70% hr.

14 zonas estratégicas para el diseño

bioclimático – arquitectónico.



2. ZONA DE CONFORT PERMISIBLE.



Definido por 20º c, entre el 20% y el 80%

hr. y una línea quebrado a los 27º c, entre

el 20% y 50% hr, unido con el último punto

superior con 24,5º c y 80% hr.

TABLA FACTOR ROPA - Tº CONFORT

FACTOR

ROPA (CLO)

CANTIDAD DE

ROPA

MÁX Tº

DE

CONFORT

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

DESNUDO

ROPA VERANO

TRAJE NORMAL

ROPA ABRIGO M.

ROPA ABRIGO

GRUESO

28,5º C

25,0º C

22,0º C

18,0º C

14,5º C

- Factor de aclimatación de la persona.



3. CALEFACCIÓN POR GANANCIAS INTERNAS.

ESTRATEGIAS DE DISEÑO BIOCLIÁMTICO


Comprendido entre los 13,5º c y los

20º c.

Aumento de temperatura por la

actividades de las personas.

Las ganancias por:

- Los ocupantes.

- Equipos eléctricos

- Cocinas.

- Ordenadores.

- Bombillas de luz, etc.



4. CALEFACCIÓN POR SOLAR PASIVA.



Comprendido entre 7º c a 13,5º c

Tres sistemas solares de

aprovechamiento: directos,

indirectos e independientes.



5. CALEFACCIÓN POR SOLAR ACTIVA.



Comprende entre 1,5º c y 7º c.

Uso de energía convencional que

potencian la ganancia de calor.

Se basa en la captación, acumulación

y distribución.

- Concentradores solares.

- Paneles fotovoltaicos.

- Captadores domésticos.



6. HUMIDIFICACIÓN.



Comprende las tº menores de 23º c, y

entre 5º c y 13º c, el grado de hr es

menor a 35% hr.

Falta de humedad y exceso de frío.

FORMAS:

- Láminas de agua, fuentes, estanques.

- Aire por tubos enterrados de agua.

- Aire por filtros húmedos.

- Vegetación.



7. CALEFACCIÓN CONVENCIONAL.



Comprende tº, inferiores a 1,5º c

-Necesidades de calefacción

convencionales (carbón, gasóleo, gas,

electricidad).

- No serán prioritarios (apoyo).

CALEFACCIÓN CENTRAL

SUELO, MURO Y TECHO RADIANTE



8. PROTECCIÓN SOLAR.



A partir de 20º C, evitar radiación solar

directa-piel del edificio (apantallamiento).

EXTERIORES: PERSIANAS, LAMAS, TOLDOS,,

CELOCÍAS, PÉRGOLAS, PARASOLES, VEGETACIÓN.

INTERIORES: PERSIANAS, TIPO DE VIDRIOS

(ABSORBENTES, REFLECTANTES, DE BAJA

EMISIVIDAD).



9. REFRIGERACIÓN POR ALTA MASA TÉRMICA.



Comprende entre 20º c y 20% hr, une

los puntos 36º c y 8%, 36º c y 30% hr,

32º c y 50% hr, y 25º c y 80% hr.

Ned reducción de tº, disipación y protección

Aislamiento térmico (prop. termofísicas de cada

material.



10. ENFRIAMIENTO POR EVAPORACIÓN.



La zona de confort, limitado por 21º c,

entre el 20% y el 70% HR. y una línea

quebrado a los 26º c, entre el 20% y 52%

HR, unido con 70% HR.

Necesidad reducción de Tº, disipación y protección,

aislamiento térmico (Prop. termofísicas de cada

material).



11. REFRIGERACIÓN POR ALTA MASA TÉRMICA

CON VENTILACIÓN NOCTURNA.



Comprendido entre los 36º c y el 8% hr

que une los puntos 43,5º c y 20% hr,

40º c y 32% hr y 33,5º c y 50% hr.

Necesidad de ventilación natural: vent. cruzada,

diferencia de presión entre exterior / interior, succión

vertical (efecto chimenea)



12. REFRIGERACIÓN POR VENTILACIÓN

NATURAL Y MECÁNICA.



Comprendido entre 95% y 20% HR.

Necesidad ventilación natural: cruzada, chimenea. vent.

mecánica: impulsores de aire, torre evaporación

tratamiento del aire: patios, ventilación subterránea.



13. AIRE ACONDICIONADO.



Comprendido entre 80% y 100% HR, a partir de 24º C.

Implica un coste de mantenimiento y repercusión

de averías, minimización de instalaciones.

Evitar el consumo y producción de materiales

contaminantes.



14. DESHUMIDIFICACIÓN CONVENCIONAL.



Comprendido entre 80% y 100%, a

partir de 20º c.

Necesidad de sales desecantes

(absorben vapor de agua del aire).

Placas salinas absorbentes (dos

placas de absorción).



ELABORACIÓN DE LA CARTA BIOCLIMÁTICA DE GIVONI.

PARÁMETROS DE DISEÑO BIOCLIMÁTICO - AQP

Representación de las

temperaturas horarias de

todos los meses del año.

Tº Máx

.

Mín.

ENE 21,8 11,7

FEB 21,6 11,9

MAR 21,3 11,8

ABR 21,9 9,8

MAY 22,5 7,2

JUN 22,2 7,3

JUL 23,0 6,7

AGO 23,1 8,2

SEP 22,8 7,9

OCT 23,0 8,8

NOV 22,6 9,8

DIC 23,0 10,0

HR

%

Máx. Mín.

ENE 99 60

FEB 99 67

MAR 100 71

ABR 83 43

MAY 64 16

JUN 57 14

JUL 45 12

AGO 43 16

SEP 52 23

OCT 65 33

NOV 84 45

DIC 86 46

3.bienestar tÉrmico i

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entre el 20

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