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Diseo Bioclimtico - Bienestar Trmico
MSc Ing. Timo Mrquez
Marzo 11 2013Escuela de Arquitectura
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Objetivos
Entender variables que impactan el bienestar trmico
Discutir la relacin entre variables de diseo, variablesclimticas y las condiciones que influyen el bienestartrmico.
Links recomendados:http://wiki.naturalfrequency.com/
Presentacin adaptada de curso Environmental Science 1, U. Hong Kong, Dr. Sam C M Shui:
http://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdf
http://wiki.naturalfrequency.com/http://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://wiki.naturalfrequency.com/ -
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Pirmide de Maslow
Homeostasis: Conjunto de fenmenos de autorregulacin, queconducen al mantenimiento de la constancia en la composicin ypropiedades del medio interno de un organismo.
Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pir%C3%A1mide_de_Maslow.svg
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Definicin de Bienestar Trmico
Es la condicin de la mente en la cual expresa satisfaccin con el
acondicionamiento trmico ambiental (ASHRAE Standard 55)
El confort trmico depende de mltiples variables, no slo de latemperatura ambiente.
Fuente: http://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htm
http://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htmhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htmhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htmhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htm -
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Control de la Temperatura del Cuerpo
Temperatura del cuerpo: 37 oC
El cuerpo humano tiene dos sensores de temperaturadistintos:
Sensor de Calor (Hipotlamo). Acta cuando T > 37 C Sensor de Fro (Piel). Acta cuando T < 34C
Si T > 37 C: Aumento circulacin de la sangre Sudoracin (Evaporacin)
Si T < 34 C: Disminucin circulacin de la sangre Escalofros.
Fuente: http://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htm
http://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htmhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htmhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htmhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htm -
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Ecuacin de Balance Trmico
6 variables significativas determinan cuan clido se
siente una persona:
Actividad o tasa Metablica
Grado aislamiento por Vestimenta
Variables Ambientales: Temperatura de Radiacin
Temperatura Ambiente
Velocidad del aire
Humedad relativa
Bienestar trmico se define en trminos del estado del cuerpo en vezdel ambiente, i.e. lo que sentimos es la temperatura de la piel y nola temperatura del aire
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Ecuacin de Balance Trmico
Estas se manifiesta a travs de los siguientesfenmenos:
S: Acumulacin de calor del cuerpo humano(W/m)
M: Calor producido por el metabolismo (W/m)W: Trabajo mecnico realizado (W/m)
E: Perdidas por evaporacin (respiracin,sudoracin) (W/m)
R + C: Perdidas por Radiacin y Conveccin (W/m)
K: Perdidas por Conduccin (insignificante) (W/m)
S = M - W - E - (R + C) - K
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Calculo de Grado de Bienestar Trmico
Mtodo Fanger
Desarrollado por P. O. Fanger (Denmark) Se deriva de muestras de experimentos. La cual contiene las
siguientes variables:
Dependiente de la Vestimenta
Icl ndice de vestimenta (clo)frc: relacin de rea vestido/desnudo
Dependiente de la Actividad M Tasa metablica (met)
W: Produccin de calor, trabajo mecnico (W/m2)
Variables Ambientales V Velocidad del aire relativa (m/s) Tr Temperatura media radiante (oC)
Ta Temperatura ambiente (oC)
Pa Presin de vapor de agua (kPa)
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Calculo de Grado de Bienestar Trmico
http://www.healthyheating.com/solutions.htm
Independientemente de las condiciones
ambientales siempre existir, como mnimo,
un 5%de personas insatisfechas.
Independientemente de las condiciones
ambientales siempre existir, como mnimo,
un 5%de personas insatisfechas.
3 MUY CALUROSO
2 CALUROSO
1 LIGERAMENTE CALUROSO
0 NEUTRO
- 1 LIGERAMENTE FRIO
- 2 FRIO
- 3 MUY FRIO
3 MUY CALUROSO
2 CALUROSO
1 LIGERAMENTE CALUROSO
0 NEUTRO
- 1 LIGERAMENTE FRIO
- 2 FRIO
- 3 MUY FRIO
3 MUY CALUROSO
2 CALUROSO
1 LIGERAMENTE CALUROSO
0 NEUTRO
- 1 LIGERAMENTE FRIO
- 2 FRIO
- 3 MUY FRIO
http://www.healthyheating.com/solutions.htmhttp://www.healthyheating.com/solutions.htm -
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Factores para estimar bienestar trmico
Tasa Metablica (met)
0.8 Met
1 Met
8 Met
4 Met
Fuente: ASHRAE Fundamentals 2005 ,Captulo 8
1 met* = 58.1 W/m2
rea persona media = 1,8 m
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Factores para estimar bienestar trmico
ndice de Vestimenta Icl (clo)
Fuente: ASHRAE Fundamentals 2005 ,Captulo 8
1 clo = 0,155 m2C / W
0,15 Clo0.5 Clo
1.0 Clo
1.2 Clo
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Factores a medir para el bienestar trmico
Temperatura del aire (ta)
Velocidad del aire (va) Humedad (Hr)
Temperatura media radiante (Tr)
Temperatura Operativa (To)
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Factores a medir para el bienestar trmico
Temperatura del aire (ta)
Velocidad del aire (va) Humedad (Hr)
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Factores a medir para el bienestar trmico
Temperatura media Radiante (tr)
Sala real Sala equivalente
QradQrad
t1
t2
tr
t3
t4
Qrad =
Qrad
itFt irtr Temperatura media radiante (oC)ti Temperatura de la superficie i (oC)Fi Factor de ngulo de la superficie i
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Temperatura Operativa
Temperatura Operativa (to)
to Temperatura operativa (oC)
tr Temperatura media radiante(oC)
ta Temperatura ambiente (oC)
hc Coef. de transf. de calor porconveccin (W/mK)
hr Coef. de transf. Linear de calorpor radiacin (W/mK)
cr
acrr
o
hh
ththt
24,0 ar
oa
tttsmvSi
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Temperatura Operativa (to)
Sala real Sala equivalente
Q
t1
t2
to
t3
t4
tota
Sala real Sala equivalente
Q
t1
t2
to
t3
t4
tota
cr
acrr
o
hh
ththt
Temperatura Operativa
24,0 ar
oa
tttsmvSi
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Condiciones de bienestar trmico
Temperatura Operativa de diseo (Norma Europea EN 15251)
I 21.0 25.5
II 20.0 26.0
Sedentario ~ 1,2 met III 18.0 27.0
I 18.0
II 16.0
Sedentario - en movimiento ~ 1,6 met III 14.0
I 21.0 25.5
II 20.0 26.0
Sedentario ~ 1,2 met III 19.0 27.0
I 21.0 25.5
II 20.0 26.0
Sedentario ~ 1,2 met III 19.0 27.0
I 21.0 25.5
II 20.0 26.0
Sedentario ~ 1,2 met III 19.0 27.0
I 21.0 25.5II 20.0 26.0
Sedentario ~ 1,2 met III 19.0 27.0
I 21.0 25.5
II 20.0 26.0
Sedentario ~ 1,2 met III 19.0 27.0
I 21.0 25.0
II 20.0 26.0
Sedentario ~ 1,2 met III 19.0 27.0
I 19.0 24.5
II 17.5 25.5
De pie / en movimiento ~ 1,4 met III 16.5 26.0
I 17.5 24.0
II 16.0 25.0
De pie / en movimiento ~ 1,6 met III 15.0 26.0
Edificios residenciales: espacios de vivienda
(dormitorios, saln, cocina, etc.)
Edificios residenciales: otros espacios
(almacenes, recibidores,etc.)
Oficina individual (oficina celular)
Oficina difanal (oficina de plano abierto)
Temperatura operativa C
Mnimo para calefaccin
(estacin invierno), ~1,0 clo
Mximo para refrigeracin
(estacin verano), ~ 0,5 clo
Tipo de edificio/espacio Categora
Jardn de infancia
Grandes almacenes
Sala de conferencias
Auditorio
Cafetera / restaurante
Sala de clases
(Norma Europea EN 15251) (ASHRAE Standard 55)
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Condiciones trmicas no uniformes
Situaciones que crean disconfort local
Asimetra Trmica
Suelos Calientes o Fros
Draft
Diferencia T aire Vertical
25
19
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Condiciones trmicas no uniformes
Asimetra Trmica
Causas:
Ventanas fras
Muros no aislados
Maquinaria Caliente o fra Radiadores mal
dimensionados
Precaucin en dise de:
Cielos Calientes
Muros frosFuente: ASHRAE Fundamentals 2005 ,Captulo 8
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Condiciones trmicas no uniformes
Suelos Fros o Calientes
Temperaturas ptimas sincalzado:
Alfombra 21 a 28 C
Madera de Pino 22,5 a 28 C
Madera de Roble 24,5 a 28 C
Hormign 26 a 28 C
Con calzado adecuado el
efecto El material del suelo es
insignificante Personas con calzado adecuadoFuente: ASHRAE Fundamentals 2005 ,Captulo 8
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Condiciones trmicas no uniformes
Diferencia T Aire Vertical
Dif. T Vertical crtica cuando
La t cabeza > t tobillos
Si t cabeza < t tobillos se
toleran dif. de Temp. Vertical
superiores.
Fuente: ASHRAE Fundamentals 2005 , Captulo 8
25
19
Fuente: ASHRAE Fundamentals 2005 , Captulo 8
25
19
Fuente: ASHRAE Fundamentals 2005 , Captulo 8
25
19
25
19
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Condiciones trmicas no uniformes
Draft Movimiento de aire
t a =t a =
Fuente: ASHRAE Fundamentals 2005 , Captulo 8
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Factores secundarios
Variaciones da da
Fanger 1973, desviacin de 0,6 k en la T de confort de un da a otro. No Significativo.
Edad Los ambientes trmicos elegidos por jvenes y ancianos no varan. (Collins and
Hoinville, 1980) El bajo metabolismo en la vejez es compensado por la baja prdida por
evaporacin. El porqu de ambientes ms clidos en hogares de ancianos es por la bajaactividad de estos (menor met).
Adaptacin Experimento con gente de USA, Dinamarca y pases tropicales. Mismas
condiciones de confort. No es posible adaptarse para preferir ambientes clidos o fros.
Las mismas condiciones de confort pueden ser aplicadas en todo el mundo. No obstante, es importante tener en cuenta las costumbres en la indumentaria
(variaciones de Clo) Bajo condiciones de disconfort, la adaptacin tiene influencia.
d i
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Factores secundarios
Sexo La T de la piel y el calor por evaporacin es menor en las mujeres. Es
compensado por el menor metabolismo en las mujeres.
No existe diferencia de condiciones de confort debido al sexo de laspersonas.
La razn por la que las mujeres prefieren temperaturas superiores a la
elegida por los hombres es debido a la diferencia de vestimenta (el cloen mujeres < al clo de los hombres)
Estacionalidad y Ritmos Circadianos
No hay diferencias en las condiciones para el confort entre verano einvierno. (Mc Nall, 1968)
No existen diferencias apreciables entre las temperaturas depreferencia durante las primeras horas del da (ritmo cardiaco lento) yla noche (ritmo cardiaco ms elevado)
Evaluacin de casos:
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Bi t t i
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Bienestar no-trmico
Acstico
Calidad de aire Iluminacin
Calidad visual
Trabajo:
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Trabajo:
Seleccionar tipo de arquitectura tradicional (cualquier lugar)y describir como su diseo y construccin aborda elbienestar trmico de sus ocupantes (variables de confort).
Fecha entrega: 18 marzo (impreso y digital) Formato: 1 pagina (300-400 palabras y mximo 2 imgenes).
Grupos de 2 personas.
Observaciones: Realizar anlisis propio. Prohibido copia y pegar de
internet. Las referencias deben estar indicadas.