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UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA

FORMULACION DE UN PROGRAMA BASICO DE NORMALIZACIÓN PARA APLICACIONES DE

ENERGIAS ALTERNATIVAS Y DIFUSION

Documento ANC-0603-20-01

GUÍA DE VARIABLES BIOCLIMATICAS Y SU RANGO DE FLUCTUACIÓN PARA OBTENER

CONDICIONES DE CONFORT

Versión 01

Unión Temporal ICONTEC - AENE

Bogotá, D.C., Marzo de 2003

UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA - UPME Documento No. ANC-603-20 Guía de Sistemas Solar Pasivos – Variables Bioclimáticas Rev. 01 Fecha: 21/03/03

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TABLA DE CONTENIDO

1. OBJETO:..................................................................................................... 5 2. REFERENCIAS NORMATIVAS: ................................................................. 5 3. DEFINICIONES:.......................................................................................... 5 4. ASPECTOS TÉCNICOS: ............................................................................ 8 4.1. CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES............................... 8 4.1.1. Conjunto de variables que definen la zona de confort. ................................ 8 4.1.2. Condiciones de acotamiento de límites en las variables bioclimáticas......... 8 4.1.3. Descripción general de las variables ........................................................... 9 4.1.4. Criterios para establecer límites ................................................................ 14 4.2. CONDICIONES EN LAS QUE SE APLICARÍAN LAS VARIABLES

BIOCLIMATICAS....................................................................................... 20 4.3. INSTRUMENTACIÓN Y MEDICION.......................................................... 23 4.3.1. Indice WBGT............................................................................................. 23 4.3.2. Humedad Relativa:.................................................................................... 24 4.3.3. Ventilación:................................................................................................ 25 4.3.4. Iluminación................................................................................................ 26 5. EJEMPLO DE DETERMINACIÓN DE RANGO DE CONFORT PARA UNA

ZONA CLIMÁTICA FRÍA DE LA REGIÓN ANDINA................................... 26 5.1. CARACTERIZACIÓN DE LA ZONA CLIMÁTICA ...................................... 27 5.2. ZONA DE CONFORT................................................................................ 27 5.2.1. Indice WBGT............................................................................................. 27 5.2.2. Humedad relativa ...................................................................................... 29 5.2.3. Ventilación................................................................................................. 32 5.2.4. Iluminación................................................................................................ 32


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 índice ambiental WBGT en función del calor metabólico........................... 10 Figura 2 Relación entre humedad absoluta y la temperatura del aire, en términos del

parámetro humedad relativa. ................................................................. 11 Figura 3 Curva estándar de luminosidad................................................................. 14 Figura 4 Caída de Temperatura vs Rapidez del aire ............................................... 18 Figura 5 Interacción entre la rapidez de la corriente de viento y las altas

temperaturas, en relación con el confort. ............................................... 19 Figura 6 Instrumentación para la medida y determinación de las variables

bioclimáticas .......................................................................................... 25 Figura 7 Variables bioclimáticas medidas dentro de un apartamento de Bogotá en

un día promedio de verano (25-02-2003)............................................... 31 Figura 8 Variables bioclimáticas medidas dentro de un apartamento de Bogotá en

un día nublado y lluvioso (26-02-2003) .................................................. 31

LISTA DE TABLAS

Tabla 1 Corrección al índice WBGT por efecto del vestido...................................... 16 Tabla 2 Cambios de volumen de aire por hora en recintos de la vivienda. .............. 17 Tabla 3 Sensación o impacto que genera la rapidez del aire en el interior de la

vivienda. ................................................................................................ 18 Tabla 4 Valores de iluminación típicos para actividades domésticas....................... 20


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GUÍA DE VARIABLES BIOCLIMÁTICAS Y SU RANGO DE FLUCTUACIÓN PARA OBTENER CONDICIONES DE CONFORT DOMÉSTICO.

INTRODUCCIÓN

Hay un interés creciente en definir una normatividad en relación con diferentes aspectos del ambiente que se debe lograr al interior de la vivienda. Este interés surge por tres factores que son cada vez más determinantes en la vida de las personas, a saber: salud, confort y uso racional de la energía. La importancia de estos factores depende del ambiente exterior de la vivienda, esto es, del clima en el que ésta se halla.

El factor salud, de por sí muy complejo, define en primera instancia una buena cantidad de variables al interior de la vivienda(1), que tienen relación con las funciones vitales esenciales y obvias en los seres humanos, como son la temperatura, la aireación, la humedad relativa, la iluminación y el ruido. Se ha identificado una buena cantidad de enfermedades en los seres humanos, directamente relacionadas con esas variables. Sin embargo, a medida que avanza el conocimiento sobre enfermedades, en especial las que tienen que ver con la psiquis, aparecen interrogantes sobre otras variables tales como espacio (área por persona o volumen por persona), sobre la interacción vivienda-dispositivos tecnológicos, vivienda-suministros-consumo (agua, energía, información etc) que al parecer, deberán empezar a ser tenidas en cuenta en el diseño de la vivienda como elementos de importancia en relación con la prevención de enfermedades.

El factor confort, desde luego, íntimamente relacionado con el anterior, pero de fronteras diferentes, incide sobre las mismas variables en el sentido de que las reduce a rangos más precisos en los cuales la mayoría de las personas expresan bienestar y agrado dentro de la vivienda. (2) Aquí entran en juego delicadas y complejas interrelaciones entre la actividad metabólica de los ocupantes de la vivienda y sus costumbres, con todas las condiciones ambientales al interior de los espacios arquitectónicos.

El uso racional de la energía dentro de la vivienda está influenciado por los anteriores, ya que si la vivienda per se, no brinda condiciones de confort u ofrece condiciones poco saludables, el usuario en la medida de sus posibilidades, debe recurrir a instalaciones adicionales que le permitan lograr el confort o al menos disminuir factores de riesgo para la salud. (3), (4)

El ambiente exterior en el que se halla la vivienda, determinará el diseño que aproxime las diferentes variables climáticas a las condiciones requeridas en su interior. El diseño involucra aspectos tan variados que, entre otros, van desde el paisaje (en parte definido por el clima), la ubicación, la orientación, pasando por el


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tamaño, la distribución espacial interior de la vivienda, los materiales, hasta llegar a instalaciones y acabados, todo con un sentido de lo estético y de lo social. (5)

Ante tan gran cantidad de variables y factores, surgen no menos interrogantes al respecto de, cómo idear un programa de normativas para aplicar al concepto de vivienda?, Cuál sería el alcance de tal programa?, por dónde comenzar?, Hasta qué nivel de especificidad se puede o se debe llegar?

Un razonable (y casi obvio) punto de partida es definir qué evaluar y cómo evaluar en los espacios interiores de la vivienda, de acuerdo a un específico marco de referencia.

El marco de referencia queda determinado por los factores de salud, confort y uso racional de la energía; entre otros, estos factores están involucrados en la base de lo que define el concepto más general de calidad de vida de las personas.

Qué evaluar y cómo evaluar? Desde comienzos del siglo XX, se han realizado muchas investigaciones en las que han estado involucrados arquitectos, físicos, ingenieros, médicos y una gran variedad de otros profesionales, para determinar de una manera confiable y con rigor científico las variables que deberían evaluarse y su respectiva metodología. (6) Hoy en día se dispone de un buen conocimiento a cerca de qué medir, con qué medir, cómo medir y varios criterios de evaluación, para ser aplicados en los espacios en que desarrolla su actividad el ser humano.

Dada la gran diversidad de condiciones ambientales y climáticas que se presentan en el planeta, resulta necesario establecer algunos rangos paramétricos en los cuales se enmarca la clasificación del clima. Este tema también ha sido abordado desde hace más de cien años y se observa que no puede haber una única clasificación aplicable a todas y cada una de las regiones del planeta. Concretamente, para Colombia que latitudinalmente se halla en la zona ecuatorial, por su condición orográfica, por su unión a dos océanos, por sus características hidrográficas especiales, por la presencia de las selvas y por una buena variedad de circunstancias, la clasificación climática es un tanto compleja debido al amplio espectro de microclimas. Sin embargo, ya se han desarrollado muchos trabajos por parte de arquitectos en los que hacen propuestas arquitectónicas para diferentes climas. (2)(4) (7)

A continuación se presenta una serie de especificaciones y recomendaciones relacionadas con la determinación de variables bioclimáticas y su aplicación a vivienda de clima frío colombiano.


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1. OBJETO:

Establecer las variables bioclimáticas y su rango de fluctuación en el interior de las viviendas tendientes a evaluar las condiciones de confort de sus usuarios. Las variables bioclimáticas que se estudiarán son: temperatura interior (índice de Temperatura de Bulbo Húmedo y Globo, o índice WBGT de su sigla en idioma inglés), humedad relativa, ventilación e iluminación. Se realizará una aplicación a clima frío de Colombia.

Cubre los rangos de dichas variables para el desarrollo de las actividades típicas que tienen lugar en la vivienda dentro del marco de referencia de la salud, el confort y el uso racional de la energía, independientemente de consideraciones estéticas y socioeconómicas. No involucra las condiciones que se deben tener en cuenta para el desarrollo de actividades de producción o de tipo laboral. Tampoco involucra condiciones ni recomendaciones de diseño, cálculo de estructuras, uso de materiales, métodos constructivos, ni de estilo o tendencias arquitectónicas, así como tampoco se involucran elementos de control, dispositivos o instalaciones para mantener dichas variables.

2. REFERENCIAS NORMATIVAS:

Las siguientes publicaciones referenciadas son indispensables para la aplicación de este documento. Para referencias fechadas, se aplica únicamente la edición citada. Para referencias no fechadas, se aplica la última edición del documento referenciado.

• American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH), Threshold Limit Values (TLVs) for Chemical Substances and Physical Agents and Biological Exposure Indices (BEIs). 1995-1996

3. DEFINICIONES:

3.1 Adaptación climática: para referirse al hecho de que una persona en un determinado clima desarrolla un régimen metabólico normal tanto para su actividad laboral como el propio para su descanso, sin afectar su confort o su salud. Una persona no adaptada o aclimatada debe desarrollar un régimen metabólico anormal, lo cual ocurre hasta que se adapta. Ello puede tomar días o semanas.

3.2 Arquitectura Bioclimática: aquella que permite el máximo acercamiento de las condiciones climáticas exteriores, a los valores en que el hombre, en función de su actividad metabólica, encuentra su equilibrio energético. Describe las edificaciones con ambientes interiores próximos al confort con un margen de variación de condiciones climáticas exteriores amplio, sin recurrir al acondicionamiento mecánico. Cuando éste sea requerido solo emplea una cantidad de energía


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reducida. En otras palabras, se pretende conseguir la justa relación entre Clima, Hombre y Arquitectura. (Tomada de la referencia bibliográfica 4).

3.3 Asoleamiento: Conjunto de cálculos, técnicas gráficas representativas y experimentales que se constituyen como cuerpo metodológico para el estudio de la trayectoria aparente del sol en la bóveda celeste y determinan, cuantifican e ilustran, la cantidad de radiación solar que incide de manera directa e indirecta sobre un objeto. El Sombreamiento es la aplicación de estas mismas herramientas con el fin de proporcionar sombra a un objeto, lugar o espacio. (Tomada de la referencia bibliográfica 4).

3.4 Bioclimático: referido a la vivienda bioclimática, es el hábitat que intermedia entre el hombre y el medio ambiente exterior. (Tomada de la referencia bibliográfica 4).

3.5 Candela: 1/60 de la intensidad de la radiación de un cuerpo negro emergiendo de 1 cm2 a la temperatura del punto de solidificación del platino (2042 K).

3.6 Climatización natural: conjunto de estrategias que sin la necesidad de máquinas o consumo energético crean y/o ayudan a mantener los recintos habitables y dentro de las condiciones ambientales necesarias para proporcionar la comodidad de quienes las ocupan.

3.7 Habitabilidad: la medida del grado con el cual un ambiente determinado promueve el bienestar, la productividad y el comportamiento deseado en cierta situación de sus ocupantes. (Tomada de la referencia bibliográfica 4).

3.8 Inercia térmica: tiempo requerido para que los cambios de temperatura en el ambiente exterior de las paredes sea registrado en su cara interior.

3.9 Insolación: radiación solar que llega a una superficie en un periodo de tiempo. Se expresa en kilovatio-hora por metro cuadrado (kWh/m2).

3.10 Lúmen: es la unidad de flujo luminoso. Es igual al flujo luminoso a través del ángulo sólido unitario (steradian) desde una fuente puntual de 1 candela. El equivalente aproximado con el vatio en radiación luminosa es 1 vatio = 680 lumenes.

3.11 Metabolismo: conjunto de transformaciones químicas por las que los alimentos se degradan, absorben y transforman en productos complejos o en otros más simples, con liberación de energía. La producción total de calor metabólico puede dividirse en metabolismo basal y metabolismo muscular.

3.12 Metabolismo basal: metabolismo que tiene lugar sin aportación o gasto energético, es decir, la producción de calor de los procesos vegetativos y automáticos que son continuos.


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3.13 Metabolismo muscular: la producción de calor de los músculos mientras llevan a cabo trabajo controlado de manera consciente.

3.14 Recurso solar: cantidad de insolación que recibe un lugar o región. Se expresa kWh/m2 por día. Su expresión es más completa cuando se hace referencia a la calidad de esa insolación.

3.15 Rapidez metabólica: la rapidez de producción de energía en procesos metabólicos. Cada actividad humana implica una tasa o rapidez metabólica. Se expresa en vatios (W).

3.16 Termómetro de globo: o termómetro de esfera es el instrumento compuesto por, a) una esfera hueca de cobre, cuyo diámetro es de 15 cm, con recubrimiento o pintura negro mate y b) un termómetro cuyo sensor se ubica en el centro del globo y que tiene una exactitud de ± 0,5 oC.

3.17 Temperatura de bulbo húmedo: es la lectura de un termómetro cuyo sensor se halla cubierto por un tejido humedecido en agua (absorbente y capilar, gasa, por ejemplo), cuando ha llegado al equilibrio con el ambiente que lo rodea.

3.18 Temperatura de bulbo seco: es la lectura normal de un termómetro cuyo sensor se haya en equilibrio con el ambiente que lo rodea. Coincide con el concepto de temperatura ambiental.

3.19 Temperatura de globo: es la temperatura medida con el termómetro de esfera o globo.

3.20 Tensión por calor o stress térmico: es la modificación fisiológica o patológica en una persona, consiguiente a una sobrecarga de calor. Pueden ocurrir entre otros efectos, aumento de la frecuencia del pulso y de la temperatura corporal, sudoración, etc.

3.21 Zona de confort: El intervalo de condiciones ambientales al interior de la vivienda dentro del cual se establece un equilibrio adecuado entre metabolismo del cuerpo y la actividad desarrollada por las personas, de manera, que éstas sienten bienestar. Debido a que intervienen parámetros tales como edad, género, talla y otros de tipo cultural, se ha aceptado que el intervalo de confort puede establecerse estadísticamente por aquel en que al menos el 80% de las personas se sentirían cómodas.(6) Comúnmente, se indica en diagramas bioclimáticos.


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4. ASPECTOS TÉCNICOS:

4.1. CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES

4.1.1. Conjunto de variables que definen la zona de confort.

Esta especificación determina los rangos de variables bioclimáticas que se deberían lograr al interior de la vivienda con el propósito de suministrar condiciones favorables a la salud y límites adecuados de confort a sus moradores con uso racional de la energía.

Las variables a las que se refiere esta especificación son: índice WBGT, humedad relativa, ventilación e iluminación.

Con esta especificación se establecen los límites dentro de los cuales se deberían mantener dichas variables en el interior de la vivienda para que sus moradores encuentren permanentemente condiciones de habitabilidad, desarrollando las actividades propias y pertinentes a las funciones de la vivienda. Esto implica que debería tenerse en cuenta el hecho de que los ocupantes de la vivienda presentan diferencias metabólicas concomitantes con género (sexo), edad, talla (peso) y también diferencias en costumbre y cultura, tales como el tipo de vestimenta y las actividades rutinarias de las personas en la vivienda.

Debido a la gran cantidad de variables de tipo climático, antropogénico, biológico, fisiológico y a las complejas relaciones entre ellas, los límites que se establecen deberían ser adecuadamente razonables.

4.1.2. Condiciones de acotamiento de límites en las variables bioclimáticas

Las condiciones de acotamiento de límites deberían involucrar aspectos tales como:

a) Ser compatibles con las características e intermitencia de las variables climáticas (estacionalidad de corto y largo plazo) y ambientales.

b) Pertinencia y coherencia en cuanto a disponibilidad de materiales y costos de la vivienda. No pueden ser tan estrechos o rígidos que eliminen posibilidad económica a la vivienda.

c) Las condiciones relativas a las personas en cuanto a edad, género, raza, morfología, determinantes de diferencias en tasas metabólicas. Se asume que los ocupantes de la vivienda son personas sanas en capacidad de desarrollar sus actividades normales en el interior de la vivienda.

d) Al determinar el grado de confort y la habitabilidad no debería ser necesario realizar medidas individuales al interior del cuerpo humano, como por ejemplo, la temperatura interior o la tasa metabólica.


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e) Debería asumirse que las personas que ocupan la vivienda en la cual se miden las variables bioclimáticas son personas adaptadas climáticamente (o aclimatadas) a la zona en la que se halla la vivienda.

f) No se incluyen factores que podrían cambiar los límites de las variables bioclimáticas como la realización dentro de la vivienda de actividades de producción o trabajos diferentes a los de la función de la vivienda.

g) Debería considerarse que todas las variables que componen el conjunto bioclimático, así como las interdependencias entre ellas, deberían guardar coherencia para asegurar un desempeño permanente y con mínimo consumo de energía por parte de instalaciones adicionales.

4.1.3. Descripción general de las variables

4.1.3.1. Índice WBGT

Puesto que la actividad metabólica de los ocupantes de la vivienda está en estrecha relación con las sensaciones de confort y con eventuales condiciones de salubridad, se supone que deberían realizarse medidas al interior del cuerpo humano (como temperatura interior, consumo de energía, generación de calor etc.), para correlacionarlas con las propias del ambiente interior de la vivienda y determinar mediante indicadores el grado de confort.

Debido a que no es práctico estar realizando medidas al interior del cuerpo humano cada vez que se requiera conocer el desempeño de variables bioclimáticas, por extensos y permanentes trabajos que se han realizado desde 1923 en varios lugares del mundo, se propusieron diferentes indicadores que correlacionan las interacciones entre el ambiente, la rapidez metabólica y la salud de las personas. Uno de estos indicadores es el de temperatura de globo y bulbo húmedo (TGBH sigla en español o WBGT sigla del idioma inglés)

El índice WBGT se expresa en oC y se define como:

a) para condiciones de campo con carga solar:

WBGT = 0,7 (Temp. Bulbo húmedo condición natural) + 0,2 (Temp. Globo) + 0,1 (Temp. Bulbo seco)

b) para condiciones de recinto interior o de campo sin carga solar:

WBGT = 0,7 (Temp. Bulbo húmedo condición natural) + 0,3 (Temp. Globo)

Puesto que la temperatura de bulbo húmedo para condiciones naturales involucra la humedad ambiental que tiene que ver con los procesos de evaporación del sudor del organismo, y la temperatura de globo, que se correlaciona con la rapidez de respuesta del organismo ante la variación de la temperatura ambiental, el índice


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WBGT señala qué tan favorable es la condición ambiental para el desempeño térmico del organismo humano. El índice WBGT es entonces, una mezcla de variables ambientales que están íntimamente relacionadas con los procesos metabólicos del cuerpo.

La interrelación del índice WBGT con la rapidez metabólica generada por la actividad que desarrolla el cuerpo humano, se ha establecido en la forma que se observa en el gráfico de la Figura 1 El gráfico muestra en curva continua el límite o frontera por debajo del cual debería estar la condición ambiental, cuando una persona adaptada a un cierto clima realiza una actividad en dicho ambiente; en curva de trazos está la frontera por debajo de la cual debería encontrarse una persona no aclimatada que desarrolla una actividad. Si se sobrepasan esos límites, la persona queda expuesta a entrar en riesgo de ¨tensión por calor¨ o ¨stress térmico¨.

Figura 1 índice ambiental WBGT en función del calor metabólico

En la anterior figura se entiende desarrollado en actividades humanas. La curva continua señala el límite a partir del cual puede existir riesgo para la salud de una persona aclimatada que realiza la actividad por un lapso de 1 hora.


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Para determinar el índice WBGT, debería entonces disponerse de medidas simultáneas de temperatura de bulbo húmedo, de temperatura de globo y de temperatura de bulbo seco.

4.1.3.2. Humedad Relativa

La humedad relativa que no es otra cosa que la relación entre la presión parcial del vapor de agua existente en el aire a una determinada temperatura y la presión parcial del vapor de agua en saturación a la misma temperatura, tiene consecuencias en las sensaciones de bienestar de las personas en un determinado ambiente. La humedad relativa se expresa en valores que varían entre 0 y 1 o sencillamente en valor porcentual, entre 0 y 100%.

La presión parcial del vapor de agua es directamente proporcional con el contenido absoluto de vapor en el aire (expresado en gramos de vapor por metro cúbico de aire , g/m3) y es función de la temperatura del aire o ambiental. En la Figura 2se muestra la relación entre humedad relativa, la humedad absoluta y la temperatura ambiental o del aire.

Figura 2 Relación entre humedad absoluta y la temperatura del aire, en términos del parámetro humedad relativa.


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En la práctica, en ambientes ocupados por el hombre los valores pueden oscilar entre aproximadamente 20 y 95%. Si la humedad relativa ambiental es baja, el proceso de evaporación del sudor del cuerpo humano es más efectivo ya que al facilitar la pérdida de calor por evaporación del agua de la piel (sudor), estimula la transpiración desde el interior.

Este proceso físico en la piel tiene consecuencias en el proceso de liberación de calor metabólico y por ello, esta variable bioclimática se interrelaciona con el índice WBGT, siendo determinante en la sensación de confort o desagrado con el ambiente. Así, si un ambiente es caliente y además húmedo, la piel de una persona en dicho medio no puede disipar suficiente calor corporal por evaporación, lo que se traduce en sensación de bochorno y malestar, estimulando a la persona a buscar ventilación. La sensación de malestar es aún mayor si la persona desarrolla alguna actividad que demanda mayor rapidez metabólica.

Al interior de la vivienda pueden lograrse valores de humedad relativa diferentes a los que rodean a la vivienda misma, por aplicación de varias estrategias y métodos que tienen que ver con el diseño bioclimático y/o con instalaciones apropiadas para tal fin. La humedad relativa se mide con higrómetros debidamente calibrados o con psicrómetros. (Véase instrumentación y medición, numeral 4.3)

4.1.3.3. Ventilación

Se refiere al movimiento del aire en un recinto o espacio arquitectónico con tres posibles propósitos, a saber: a) renovar el aire usado y por supuesto contaminado por las personas que ocupan el espacio, o por otros factores como transpiración de alimentos o su cocción, o simplemente por olores de diferente origen, b) contribuir a regular la temperatura del recinto y c) contribuir a regular la humedad relativa del espacio interior.

a) El aire puro normalmente tiene un contenido en volumen de 20,95 % de oxígeno y de aproximadamente, 0,04 % de anhídrido carbónico (CO2). En la respiración de los seres humanos, el oxígeno llega al interior del organismo por el sistema respiratorio y es utilizado para producir oxidación en los procesos metabólicos, en los cuales además se genera anhídrido carbónico; cuanto mayor es la rapidez metabólica, mayor la demanda de oxígeno y mayor la generación de CO2. El aire expirado contiene 16,3 % de oxígeno y 4,5 % de CO2 , pero además, sale saturado, por lo cual, en el interior de un recinto ocupado por personas, la humedad relativa aumenta con el tiempo de permanencia; si el recinto está cerrado, el nivel de oxígeno en el aire disminuye y aumenta el de CO2. Si no hay ventilación y se permite que el proceso continúe, al llegar a niveles de oxígeno en el aire de 12 % y de 3 a 5 % de CO2, se tiene una situación de riesgo para la salud de las personas, sin contar claro está, con la simultanea generación de bacterias y microorganismos, además de olores y gases.

b) La ventilación también es necesaria cuando se requiere afectar la temperatura de un ambiente interior. En este proceso se estimula la transferencia o intercambio


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de calor por convección, proceso que puede ocurrir de manera natural (incluido el aporte de ventanas y persianas) o forzadamente, con accesorios mecánicos. El límite de la ventilación al estimular flujos de aire lo determina la velocidad que éste adquiere, pues no es conveniente llegar a valores que incomoden a los ocupantes de la vivienda o de un recinto.

c) Finalmente, puesto que la respiración de las personas incrementa la humedad relativa del ambiente, se hace necesario que haya ventilación para que el aire húmedo sea reemplazado por aire menos húmedo. De otro lado, en climas muy húmedos (o por el contrario, muy secos) se puede adoptar estrategias de diseño bioclimático o de instalaciones para regular la humedad mediante corrientes de aire tratadas apropiadamente.

La ventilación se puede expresar en m3 de aire por hora, o también en cambios de aire (volumen del recinto) por hora, y se mide con anemómetros.

4.1.3.4. Iluminación

Puesto que la visión es quizá, el medio más importante de interacción del ser humano con el ambiente, es necesario que la variable bioclimática ¨luz¨ se ubique en valores tales que suministre al órgano de la visión la mejores características posibles al interior de la vivienda. Estas características se refieren a:

a) Composición espectral: la luz disponible al interior de la vivienda debería aproximarse a los contenidos espectrales a los cuales el ojo humano es sensible. Por ello, si la luz disponible al interior es luz natural (proveniente del sol), se tiene la mejor correlación espectral. En la Figura 3 se muestra la curva promedio de sensibilidad espectral del ojo humano sano, también llamada curva estándar de luminosidad. Si la fuente de luz no es natural, es deseable que su composición espectral de emisión contenga la mayor cantidad posible de longitudes de onda a las que el ojo humano es sensible. Esta misma composición está definiendo el color de la luz disponible.

Para determinar la composición espectral se debería utilizar un espectro- radiómetro, o en su defecto, un piranómetro con filtros que permitan medir la intensidad de las diferentes componentes espectrales en el rango visible.

b) Intensidad luminosa: definida como la energía por unidad de área y por unidad de tiempo que incide sobre una superficie (W/m2). Esta energía se refiere a la energía en el rango de las longitudes de onda visibles, por lo cual se define una unidad de intensidad luminosa como el lúmen sobre metro cuadrado, que equivale a 1 lux, (1 lúmen/m2 = 1lux). Una potencia luminosa de 1 W = 680 lúmenes.

Este parámetro se puede medir con un fotómetro debidamente calibrado, cuyo sensor, de preferencia debería ser de sulfuro de cadmio, el cual tiene una respuesta espectral muy similar a la del ojo humano.


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c) Composición cenital-reflejada-directa: este parámetro indica la intensidad de la luz en sus aportes de luz difusa o cenital que llega desde la atmósfera a través de ventanas, más la componente de luz reflejada desde el exterior por el suelo, edificios y árboles a través de la misma ventana, más la componente de luz directa que llega procedente del sol. La medida de este parámetro es bastante compleja, pero se puede realizar con piranómetros para medir intensidad total, intensidad difusa y con un pirheliómetro para medir la radiación directa.

Figura 3 Curva estándar de luminosidad.

Puesto que la iluminación se logra con radiación electromagnética, ésta aporta energía al interior de la vivienda, energía que termina convertida en calor, por lo tanto influye en las condiciones ambientales como la temperatura y sus asociadas.

4.1.4. Criterios para establecer límites

4.1.4.1. Indice WBGT

El acercamiento a los propósitos que persigue esta guía conduce a que se tengan en cuenta las recomendaciones consignadas en ¨Valores Límite Umbral para Substancias Químicas y Agentes Físicos de la American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH)¨


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Categorías en la carga de trabajo en la vivienda: la carga total de calor está determinada por el calor producido por el cuerpo más el calor ambiental. Por ello, si se realiza trabajo en condiciones de ambiente muy caliente, debería establecerse la categoría de la carga de trabajo en la actividad doméstica y debería contrastarse el límite de exposición al calor contra el estándar aplicable, con el propósito de garantizar al ocupante u ocupantes de la vivienda las condiciones de confort.

Hay consenso en establecer las categorías de carga de trabajo en liviano, moderado y pesado, según los siguientes referenciales:

a) Trabajo liviano: el que demanda una rapidez metabólica de hasta aproximadamente 233 W (equivalente a 200 kcal/h) que correspondería a actividades tales como las que requieren movimiento suave de manos y brazos, o estar sentado o erguido manipulando delicadamente una máquina o un computador.

b) Trabajo moderado: el que demanda una tasa metabólica entre 233 W y 410 W (o entre 200 kcal/h y 350 kcal/h, aproximadamente) como caminar realizando algún esfuerzo (empujando o jalando), en lo que podría estar incluido, barrer o trapear, mover una aspiradora o una brilladora.

c) Trabajo pesado: con tasa metabólica entre 410 W y 580 W (o entre 350 kcal/h y 500 kcal/hr) se refiere a actividades que implican golpear o empujar fuerte; definitivamente, no contempladas como actividad doméstica.

Al comparar estas categorías con el gráfico de la Figura 1 se observa que el rango saludablemente tolerable según el índice WGTB, es relativamente amplio. Sin embargo, en los climas cálidos o cálido-húmedos, dependiendo de la actividad que se desarrolle, se acercaría fácilmente a esa frontera.

Existen sin embargo, otros factores que establecen diferencias, importantes en algunos casos, algo más que sutiles en otros, pero que en ciertas situaciones deberían ser considerados. Por ejemplo, el vestido que usen las personas dentro de la vivienda marca diferencias notables, las que pueden involucrarse en correcciones al índice WBGT.

Se acepta que la temperatura confortable en la piel humana está alrededor de los 34 oC, temperatura que puede mantenerse al usar vestimenta apropiada, dependiendo de las condiciones ambientales y de la actividad que se realice. Por esto, se ha visto la necesidad de definir la unidad de vestido como clo, unidad que corresponde al valor del aislamiento del vestido que una persona promedio requiere para sentirse cómoda en un ambiente de 21 oC, con movimiento de aire de 0,1 m/s y humedad relativa por debajo de 50 %. Esta unidad de aislamiento corresponde a un intercambio de calor de 6,45 W/m2 por radiación y convección, por cada grado centígrado de diferencia entre la piel y la temperatura ajustada de bulbo seco.


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En la Tabla 1 se muestran los grados centígrados de corrección al índice WBGT por efecto del vestido.

Tabla 1 Corrección al índice WBGT por efecto del vestido.

TIPO DE VESTIDO VALOR EN UNIDADES CLO CORRECCIÓN WBGT

Vestido ligero de verano 0,6 0

Vestido completo en algodón o similar a ropa de trabajo normal

1,0 -2

Vestido completo para invierno 1,6 -4

Vestido permeable contra agua 1,2 -6

Entre los factores que generan diferencias sutiles se pueden mencionar: la edad, el género, factores morfológicos del cuerpo, características dérmicas (como el color) y epidérmicas (como la grasa) y la cultura de alimentación. Estos factores no se incluirán en esta especificación, pero en conjunto se asocian a la incertidumbre alrededor de un valor WBGT.

4.1.4.2. Humedad relativa

Si bien, la humedad relativa está involucrada en el índice WBGT, es conveniente especificar su rango de variación, puesto que contribuye a categorizar climas y a establecer límites de confort.

Desde el punto de vista de climas existentes en el planeta, los extremos higrométricos se hayan en los climas cálido-secos en los que varía entre 10 % y 55 %, mientras que en los climas insulares templado-húmedos varía entre 55 % y casi 100 %.

Desde el punto de vista de la salud, independientemente de la temperatura, es conveniente que no descienda por debajo de 25 %, pues afecta los tejidos del sistema respiratorio, en particular de la garganta; tampoco es conveniente que supere el 85 %, ya que en ocasiones puede llegar a dificultar la respiración.

Desde el punto de vista del confort, es decir del equilibrio y las interacciones de las funciones metabólicas en relación con el ambiente exterior, el acotamiento de la humedad relativa es complejo debido a que entran en juego las sensaciones individuales y los juicios sujetivos; sin embargo se acepta que el intervalo de confort fluctúa entre 30 % y 80 %. Se insiste en que, la evaporación del sudor es función de los movimientos de aire, ya que un incremento en estos, acelera la renovación del


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aire en contacto con el cuerpo, estimulando la evaporación y estableciendo una dinámica alrededor de la humedad relativa. Obsérvese la Figura 4

En el interior de la vivienda, cada espacio debería presentar homogeneidad de humedad relativa y evitar gradientes permanentes de humedad relativa que puedan provocar condensaciones, las cuales, se sabe, establecen el medio propicio para el desarrollo de colonias de moho, generadoras de muchos casos de alergias. Este es otro aspecto que interrelaciona la variable humedad relativa con la ventilación.

4.1.4.3. Ventilación

Los límites mínimos de los movimientos de aire están regidos por la necesidad de la renovación del aire con propósitos de pureza y de regulación de temperatura y de humedad relativa.

En cuanto a garantizar la pureza del aire al interior de la vivienda, se recomienda que los recintos según su ocupación ofrezcan al ser usados normalmente, cambios en su volumen de aire como se muestra en la Tabla 2

Tabla 2 Cambios de volumen de aire por hora en recintos de la vivienda.

DESTINO DEL RECINTO CAMBIOS DE AIRE POR HORA (volúmenes/hora)

Sala, comedor, alcobas 1 a 3

Garaje interior 3 a 5

Baños 5 a 8

Cocina 10 a 15

Los límites altos los establecen situaciones de desagrado e incomodidad generados por la misma rapidez del aire. En la Tabla 3 se establecen valores de rapidez del aire en relación con sensaciones percibidas.

La rapidez del aire es una fuente de confort en clima caliente y húmedo y a menudo es la única fuente natural posible, pero en general, el movimiento del aire tiene una importante influencia en la temperatura resultante. En la Figura 4 se observa el resultado de la investigación que muestra la influencia de las corrientes de aire en la temperatura resultante del ambiente. Nótese que la influencia es mayor a medida que la temperatura es más baja. Cuando la temperatura ambiental es alta (en climas calientes y húmedos) la corriente de aire contribuye al confort en el sentido de que aumenta el límite superior de la zona de confort, como se observa en la Figura 5


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Tabla 3 Sensación o impacto que genera la rapidez del aire en el interior de la vivienda.

RAPIDEZ (m/s) SENSACIÓN O IMPACTO

Hasta 0,254 No se percibe

Desde 0,25 hasta 0,51 Agradable

De 0,51 a 1,02 Por lo general, agradable pero se siente la corriente de aire

De 1,02 a 1,52 Empieza a sentirse como viento molesto

Más de 1,52 Puede afectar la salud. Disminuye la eficiencia en el trabajo

Figura 4 Caída de Temperatura vs Rapidez del aire


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Figura 5 Interacción entre la rapidez de la corriente de viento y las altas temperaturas, en relación con el confort.

Nota. El sombreado intenso es la zona de confort normal, pero se amplía un poco hacia arriba al establecer corrientes de aire razonables. El sombreado menos intenso hacia los lados, es decir en altas y bajas humedades relativas, indican los límites no muy deseables de esta variable.

4.1.4.4. Iluminación

La iluminación al interior de la vivienda debería adecuarse a los valores mínimos que demandan las diferentes actividades, con el propósito de no causar cansancio visual adicional o en el peor de los casos, efectos adversos permanentes en el órgano de la visión. Aunque se establecen valores mínimos, también existen límites superiores, ya que intensidades muy altas también pueden causar daños difícilmente reparables en la retina.

De otro lado, al favorecer la iluminación natural al interior de la vivienda, se corre el riesgo de afectar significativamente otras variables como la temperatura interior o la generación de cargas térmicas adicionales sobre los ocupantes de la misma, particularmente, en climas cálidos. Afortunadamente, existen estrategias sencillas de diseño que permiten regular la entrada de radiación solar al interior de la vivienda para amortiguar posibles sobrecargas solares, sin afectar significativamente la iluminación. En la Tabla 4 se muestran los valores ya bien aceptados de iluminación para la ejecución de trabajos típicos en la actividad doméstica.


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Tabla 4 Valores de iluminación típicos para actividades domésticas.

TIPO DE LUGAR O ACTIVIDAD ILUMINACIÓN EN LUX

Puertas de emergencia, escaleras y/o depósitos 20 a 75

Visión ocasional (espacios interiores) 75 a 150

Corredores y escaleras normales 150 a 200

Trabajo ordinario de detalle medio 400

Para trabajo en el estudio 1500 a 2000

4.2. CONDICIONES EN LAS QUE SE APLICARÍAN LAS VARIABLES BIOCLIMATICAS

Debe tenerse en cuenta que los propósitos de ésta guía están involucrados dentro del marco de referencia determinado por los factores de salud, confort y uso racional de la energía, para ofrecer calidad de vida a las personas que habitan la vivienda. La vivienda, como barrera entre las condiciones ambientales internas y controladas, y las externas, no siempre deseables, debería presentar características particulares determinadas por el clima. Puesto que el clima es muy variado en el territorio colombiano, es necesario clasificarlo dentro de las categorías de mayor aceptación.

La tendencia universal para categorizar el clima es básicamente, estableciendo rangos de temperatura, obtenida por lecturas de bulbo seco. De las diferentes categorizaciones climáticas térmicas para Colombia, las que más se asemejan y coinciden con la aceptación común, establecen que,

a) clima ecuatorial es el que presenta temperaturas entre 30 °C y 35 oC, que coincide con la clasificación de ardiente para mayores de 30 oC;

b) clima tropical el que presenta temperaturas entre 24 °C y 30 oC, que coincide con la clasificación de cálido;

c) clima medio el que presenta temperaturas entre 18 °C y 24 oC, que coincide con la clasificación de cálido-templado;

d) clima frío el que presenta temperaturas entre 10 °C y 18 oC, que coincide con la clasificación de frío-templado;

e) clima muy frío con temperaturas entre 4 °C y 10 oC,

f) clima nevado, por debajo de 4 oC.


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Sin embargo, la categorización térmica queda incompleta al no considerar otras variables como la humedad ambiental, pues además un clima cálido puede ser seco o húmedo, dependiendo de la humedad predominante estacional o anualmente.

Descriptivamente, de Colombia puede resumirse lo siguiente:

Colombia está ubicada geográficamente así: en latitud, su extremo sur (Leticia) está a 4º,09´ en latitud sur y su punto más norte (la isla Santa Catalina, en el caribe) está a 13º, 21´ en latitud norte. Su extremo occidental está 81º,43´ con respecto al meridiano de Greenwitch, correspondiente a la Isla de San Andrés en el mar Caribe, mientras su extremo oriental se halla a 66º,50 con respecto al mismo meridiano.

a) Desde el punto de vista de la disponibilidad del recurso solar(9), Colombia posee los extremos establecidos por regiones como la Guajira en la que se tiene los máximos valores promedio diario anual de aproximadamente 6 kWh/m2, con escasos eventos de más de dos días continuos de nubosidad (gran parte es zona desértica), hasta los más bajos promedios diarios al año como los del Chocó, con valores de aproximadamente 3 kWh/m2, con más de cinco días continuos de alta nubosidad, pues es una de las regiones más lluviosas del planeta. Además, en los promedios bajos se hallan las zonas de muy alta montaña (más de 3000 msnm) en las que usualmente se pueden presentar eventos de nubosidad superior a ocho días consecutivos. El resto del territorio colombiano muestra promedios diarios anuales entre los límites anteriores, centrándose hacia los 4,5 kWh/m2, con número de días de nubosidad continua no mayor a tres.

Un aspecto importante a tener en cuenta en la disponibilidad del recurso solar es el hecho de que más del 90% del territorio nacional (se exceptúan la Guajira y las islas de San Andrés y Providencia) está afectado por la zona de confluencia intertropical lo cual determina que la componente de radiación solar directa sea relativamente baja y que se presenten variaciones abruptas en la intensidad total.

b) Desde el punto de vista de temperatura(2), el 83% del territorio colombiano se halla en zona cálida (entre 0 y 1000 msnm) con temperatura promedio anual de 23 oC, con poca fluctuación.

• El 9 % del territorio colombiano se halla en zona templada (entre 1000 y 2000 msnm) con temperaturas promedias entre 17,5 °C y 23 oC.

• El 6 % de la extensión del país se halla en la zona fría (entre 2000 y 3000 msnm) con temperaturas promedias entre 12 °C y 17,5 oC.

• El 2 % se halla en zona de páramo (o muy frías) a más de 3000 msnm con temperaturas inferiores a 12 oC.


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c) Desde el punto de vista de la humedad relativa también se presentan algunas diferencias entre regiones:

• la zona pacífica (que involucra al Chocó), la hoya del río Orinoco, el Valle del Río Magdalena y las riveras del Atrato, la humedad fluctúa entre el 75 % y el 90 %.

• Otras regiones como la sabana de Bogotá, el Valle del Cauca y el gran Tolima mantienen una humedad del 65 %.

• La Guajira, a pesar de su régimen desértico tiene una humedad relativamente alta (70 %), por su cercanía al mar.

d) Desde el punto de vista de la precipitación, también hay diferencias abruptas como entre Uribia en la Guajira con 330 mm de lluvia al año, mientras algunos sitios del Chocó superan los 10.000 mm al año. El resto del país presenta valores normales de precipitación con régimen bimodal, entre invierno y verano.

e) Desde el punto de vista de los viento, igualmente hay contrastes destacables pues en muchas regiones (la mayor parte del territorio colombiano) el recurso eólico es más bien pobre con velocidad media anual inferior a 2 m/s y con potencia media anual menor de 10 W/m2, (10), mientras que en otras regiones como la Guajira se presentan situaciones con velocidad media anual mayor de 6 m/s, con potencia media anual mayor de 250 W/m2.

El 75 % de la población colombiana se halla en la zona Andina, que cubre un muy variado rango del alturas sobre el nivel del mar (desde aproximadamente 500 a 3000 msnm), puede afirmarse que la mayor parte de la población se halla en climas cuya altura sobre el nivel del mar sobrepasa los 900 msnm (por debajo de los 24 oC), es decir en climas medio y frío. Dentro de estos rangos se hallan ciudades como Cali (970 msnm y 23,5 oC de temperatura media anual), Bucaramanga (1018 msnm y 22,9 oC tma), Medellín (1490 msnm y 21,6 oC tma), Manizales (2150 msnm y 16,4 oC tma), Bogotá (2640 msnm y 13,8 oC tma), además de ciudades como Tunja, Pasto, Pereira y otras. Dentro de esos climas medios y fríos algunos tienen tendencia a ser húmedos.

El otro 25 % de la población se halla esencialmente, en las dos costas (Atlántica y Pacífica), en los llanos orientales y en los valles de los ríos Magdalena y Cauca, regiones en las que predomina el clima cálido o tropical con fuerte tendencia a la humedad.


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4.3. INSTRUMENTACIÓN Y MEDICION

4.3.1. Indice WBGT

Los instrumentos requeridos son termómetros de bulbo seco, bulbo húmedo de condición natural, y globo (o esfera) y un soporte o trípode regulable en altura. La medición de las variables bioclimáticas debería realizarse de la siguiente manera:

a) El rango de la escala de los termómetros de bulbo seco y húmedo debería cubrir desde –5 °C hasta 50 oC con exactitud de al menos ± 0,5 oC.

b) Los termómetros de bulbo seco y húmedo deberían estar protegidos de tal forma que no los afecten fuentes de radiación como el sol, bombillos cercanos u otros posibles dispositivos radiantes, eso sí, sin afectar o restringir el libre flujo de aire alrededor del bulbo o sensor, así como la radiación térmica normal ( o ¨calor radiante¨) de las superficies.

c) El tejido absorbente (o gasa de algodón) del termómetro de bulbo húmedo debería mantenerse húmedo con agua destilada por al menos media hora antes de realizar la medición. No es suficiente con dejar un extremo del tejido inmerso en el recipiente de agua destilada y esperar a que el otro se humedezca para realizar la lectura de la medición. Es aceptable que la gasa que cubre el bulbo húmedo se humedezca usando una jeringa, pero de todas formas la lectura debería realizarse solo media hora después.

d) La gasa debería cubrir la superficie sensora y extenderse por un trecho similar al del sensor. La gasa debería estar siempre limpia y al reemplazarla, debería lavarse previamente.

e) El termómetro de globo (o esfera) es el instrumento compuesto por, a) una esfera hueca de cobre, cuyo diámetro es de 15 cm, con recubrimiento o pintura negro mate y b) un termómetro cuyo sensor se ubica en el centro del globo y que tiene una exactitud de ± 0,5 oC.

f) La lectura con el termómetro de globo debería realizarse después de 25 minutos de haber sido expuesto.

g) Los instrumentos deberían colocarse sobre el soporte de altura regulable de manera tal que en ninguno de los sensores se restrinja el flujo libre (o natural) del aire y que los termómetros de bulbo húmedo y de globo tengan completa exposición al ambiente total en el que se realiza la medición. La lectura así tomada con el termómetro de bulbo húmedo se llama de ¨condición natural¨ y a ésta está referida la que se utiliza para determinar el índice WBGT.

h) Es permitido usar cualquier tipo de sensor de temperatura siempre y cuando se garantice la misma lectura del termómetro de mercurio, bajo las mismas condiciones.


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i) Los termómetros deberían ubicarse de forma que las lecturas sean representativas de las condiciones de uso de los ocupantes de la vivienda.

j) Es conveniente que las mediciones se realicen en varias épocas del año, épocas que sean representativas de la estacionalidad.

4.3.2. Humedad Relativa:

Si bien, la determinación de la humedad relativa se hace con los instrumentos ya descritos en el numeral anterior, es importante tener en cuenta que para su determinación se deberían cumplir unas condiciones diferentes a las del índice WBGT:

a) Los termómetros con los que se mide la humedad relativa, es decir, el de bulbo seco y el de bulbo húmedo deberían ser estructuralmente semejantes, con la única diferencia de que uno trabajará humedecido, como ya se indicó.

b) El aire se hace pasar ha cierta velocidad sobre los bulbos para estabilizarlos.

c) Una vez estabilizadas las temperaturas se buscan sus respectivos valores en la carta psicrométrica, la cual dará el valor correspondiente de humedad relativa.

d) Las medidas deberían efectuarse de tal forma que los instrumentos no se vean afectados por fuentes de radiación infrarroja, tales como bombillos, estufas, planchas calientes etc. Vease la Figura 6

Los termómetros de bulbo seco y húmedo deberían representar la humedad ambiental de la zona que utilizan los ocupantes de la vivienda, pero con frecuencia es necesario medir en otros sitios, como en la cercanía de ventanas y/o puertas, sitios en los que se puede presentar condensaciones de vapor de agua, en determinadas horas y/o en determinadas estaciones. Estas condensaciones pueden ocurrir por varias razones, entre otras, por los gradientes de temperatura normalmente generados en esas zonas o por puentes térmicos establecidos por los marcos de las ventanas. La evaluación de estas circunstancias es muy importante y requiere especial cuidado, especialmente por razones de salud.

La forma más confiable hoy en día de ¨ver¨ los gradientes térmicos y los puentes térmicos es usando la termografía infrarroja. Esta técnica delata los sitios en los que se pierde o se gana calor y además puede mostrar los sitios en los que con seguridad se pueden generar colonias de moho, que son generalmente, en los que se forman condensaciones.


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Figura 6 Instrumentación para la medida y determinación de las variables bioclimáticas

4.3.3. Ventilación:

La medida del movimiento del aire en espacios interiores es un tanto complicada debido a que los valores de rapidez del aire en el rango de confort son muy bajos (debería ser menor de 1,5 m/s) y aún hoy en día es difícil encontrar anemómetros mecánicos que cubran esos rangos con exactitud garantizada y sensibilidad adecuada. Sin embargo, se han desarrollado dispositivos que permiten hacer estimaciones indirectas por lo cual, tanto la exactitud como la precisión son bastante bajas. Su forma de uso y estimación de valores dependen de factores de fabricación, por lo cual el fabricante debería dar las indicaciones precisas para el uso correcto y la estimación confiable. De este tipo son los ¨anemómetros¨ de tipo termómetro de Kata y el de alambre caliente.

El termómetro de Kata consiste en un tubo de vidrio, cerrado en su extremo inferior mientras su extremo superior remata en un pequeño recipiente. El tubo se llena de alcohol coloreado y se calienta (normalmente, sumergiéndolo en agua caliente) para que el alcohol se expanda al recipiente superior, que debería estar tapado, para evitar la pérdida de alcohol por evaporación. Se saca del agua, se cuelga y al enfriarse, el nivel de alcohol comienza a descender. En algunos diseños se establecen dos marcas de nivel, una correspondiente a 54,5 oC y otra a 51 oC. Con un cronómetro se mide el tiempo que tarda el alcohol en descender entre los dos niveles llamado ¨tiempo de enfriamiento¨. Este tiempo, con el factor Kata, (suministrado por el fabricante y que depende de características del tubo de vidrio y del alcohol entre, otros factores) sirven para determinar la velocidad del aire con un nomograma también elaborado por el fabricante.


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El de alambre caliente, llamado termoanemómetro, funciona de manera análoga al de Kata, pero basándose en las propiedades eléctricas y térmicas de un alambre. Se trata de medir con gran precisión la resistencia de un alambre que se enfría; su resistencia depende de la temperatura y ésta a su vez del movimiento del aire.

Otro termoanemómetro es el de Alnor que funciona con un par termoeléctrico. En éste, la variación de la temperatura (generada por el movimiento del aire) afecta la generación de termovoltaje del par termoeléctrico.

4.3.4. Iluminación

En general la radiación electromagnética solar se mide con radiómetros, dentro de los cuales se encuentran los piranómetros, de los que hay varios diseños, dependiendo del sensor. Los de sensor termoeléctrico son muy confiables en general, pero para medir iluminación, no son los más apropiados, debido a que su rango espectral rebasa el de sensibilidad del ojo humano. Los de sensor de celda fotovoltaica, aunque no son los más adecuados para medir la radiación solar, si son más convenientes para medir luz visible. Sin embargo, dentro de esta categoría, los más recomendables son los de celda de sulfuro de cadmio, pues ésta tiene una curva de respuesta espectral muy similar a la curva estándar del ojo humano. Los diseños especiales para medir iluminación traen tablero analógico o digital con escala en unidades ¨lux¨.

Para los efectos de esta especificación, estos instrumentos deberían cubrir un rango entre 0 lux y 10000 lux con sensibilidad de al menos 5 lux, distribuidos en escalas apropiadas. Los luxómetros requieren de calibración por lo menos una vez al año.

Generalmente, cuando se va a medir iluminación natural, no es necesario medir componentes espectrales, a menos que los vidrios de las ventanas sean de algún color especial o estén provistos de filtros espectrales. Si la iluminación que se va a medir es artificial, se deberían tomar precauciones en cuanto al tipo de medidas que se han de realizar, puesto que cada fuente de iluminación artificial tiene su propio espectro de emisión, algunas con fuertes componentes en el rango ultravioleta.

5. EJEMPLO DE DETERMINACIÓN DE RANGO DE CONFORT PARA UNA ZONA CLIMÁTICA FRÍA DE LA REGIÓN ANDINA.

En esta parte se presenta un ejemplo para establecer la zona de confort dentro de las cuales deberían mantenerse las variables bioclimáticas al interior de una vivienda de una zona fría de la región andina.

Con la caracterización climática de la región, se ubica qué debería obtenerse en el interior de una vivienda, para que ésta sea saludable, confortable y energéticamente racional, es decir, desde el punto de vista bioclimático qué debería ofrecer la vivienda, independientemente, de consideraciones estéticas o de estratos socioeconómicos.


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Aquí no se pretende dar normas de diseño, ni guía de materiales, solamente establecer lo que se espera que debe ofrecer la vivienda en términos de habitabilidad.

5.1. CARACTERIZACIÓN DE LA ZONA CLIMÁTICA

Por la clasificación climática establecida anteriormente, esta región abarca el intervalo de temperaturas cuya media anual se halla dentro del rango de 12 °C a 17,5 oC, que involucraría localidades como la sabana de Bogotá, Tunja, Duitama, Pasto, Manizales y otras. En estas localidades (y en general en el resto de Colombia) la variación anual no presenta desviaciones grandes alrededor de su respectiva media.

La altura sobre el nivel del mar va desde 2000 hasta 2700 msnm.

Desde el punto de vista de la humedad relativa, este tipo de localidades en Colombia, tienen humedad relativa que varía desde aproximadamente 50 % (predominant0e al mediodía) hasta algo más del 85 % (en horas de la mañana), lo que definiría el espectro de humedad relativa desde frío seco (por ejemplo, altiplano cundiboyacense) hasta frío con tendencia a húmedo (en zonas de piedemonte).

La disponibilidad de energía solar en estas regiones se halla entre aproximadamente 4 kWh/m2/día y 4,5 kWh/m2/día, con características particulares determinadas por latitud y por la zona de confluencia intertropical, con su alto aporte de nubosidad.

La precipitación en estas regiones se halla en el intervalo entre 550 mm y 2000 mm al año, siendo los valores altos en abril-mayo y en octubre-noviembre, mientras los bajos se hallan en enero-febrero y en julio-agosto.

5.2. ZONA DE CONFORT

La zona de c0onfort para estos climas fríos tiene algunas diferencias o subniveles, consecuencia del espectro y combinaciones de temperaturas exteriores, humedad relativa, vientos etc. Sin embargo, puede establecerse una región ¨amplia¨ o ¨global¨ y dentro de ella los subniveles, correspondientes a los factores de selección.

5.2.1. Indice WBGT

Para establecer la zona de confort se partirá del índice WBGT en su cota superior (el análisis se hace para personas adaptadas al clima)

a) Carga de trabajo: Se asume que el trabajo que se desarrollará en la vivienda alcanza la categoría de moderado, esto es, que puede llegar a generar calor metabólico al límite de los 400 W; se asume además un régimen de 75 % de trabajo y 25 % de descanso en cada hora.


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b) Para esta situación la Figura 1 establece que el índice WBGT no debería superar los 26 oC.

Corrección por vestido: en clima frío la mayor parte de la gente viste ropa de algodón y/o lana, por lo que se aplica la corrección sugerida en los TLV de ACIGH de –2 oC , Tabla 1

c) Esto permite concluir que el límite superior WBGT debería estar alrededor de 24 oC, con alguna dispersión generada en factores como género (sexo), edad, color de piel, factores morfológicos, alimentación etc., dispersión que no alcanza 0,5 oC, hacia arriba y hacia abajo. Conclusión: la cota superior WBGT es 24 oC ± 0,5 oC. Lo cual significa que, por ejemplo, una mujer joven (25 años), delgada, 1,55 metros de estatura, morena, con régimen alimenticio razonable, puede encontrar confortable un índice de 24,5 oC, mientras que una mujer de 55 años, pasada de peso, blanca, puede, con dudas, encontrar confort con un índice de 23,5 oC.

Para establecer el límite inferior de temperatura, no es conveniente utilizar el índice WBGT, aunque sí es necesario tener en cuenta situaciones como,

d) Carga de trabajo: se asume la condición extrema de casi nula actividad, es decir, realizando trabajos muy suaves que por lo tanto, generan poco calor metabólico. Esta condición implica que el equilibrio térmico del cuerpo con el ambiente está en el extremo en el que el ambiente no le aporta calor, sino que el cuerpo comienza a perder calor, por lo cual el metabolismo se acelera para mantener el equilibrio térmico, creando la sensación de frío. En esta situación, se debe procurar que el ambiente aporte calor.

e) Vestido: se asume que el ocupante de la vivienda contribuye a minimizar la pérdida térmica corporal, utilizando un vestido apropiado.

f) Alimentación: de igual manera se asume que la alimentación de los ocupantes aporta calorías recomendadas para contribuir a un desempeño corporal adecuado.

Este extremo se ha tratado de establecer en muchos centros de investigación y se ha encontrado que depende de diversos factores, tales como estacionalidad anual, régimen alimenticio, costumbres relacionadas con el vestido, etc. Para ilustrar esta situación conviene mostrar los resultados de los estudios realizados alrededor del planeta en los que se han establecido valores que dependen de varias condiciones, como: 18,2 oC en The British Department of Scientific and Industrial Research para el invierno. En Alemania 20,8oC con humedad relativa alrededor de 50 %. En USA 20,6 oC sin condiciones especiales.

Existe un criterio, el criterio de Humphreys(4) para determinar temperatura de confort, Tc, el cual establece que,


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Tc = 0,534Ta + 11,9 oC

Siendo, Ta temperatura ambiental.

Si se aplica el criterio o relación de Humphreys para determinar la temperatura de confort, Tc, en la que solo tiene en cuenta la temperatura exterior, Ta, se encuentra que para la sabana de Bogotá se tendría:

Como Ta, para la sabana de Bogotá se aplica el valor de temperatura media anual 13,5 oC

Tc = 0,534Ta + 11,9 oC = 0,534(13,5 oC) +11,9 oC = 19,1oC

valor razonable, que además se correlaciona muy bien con un promedio de los establecidos en otros lugares del mundo.

Conclusión: El intervalo de confort térmico para un clima frío está entre alrededor de 19 oC de temperatura ambiental y 24 oC de índice WBGT, rango que está por encima del intervalo de temperatura media anual de la categoría de clima frío (10 a 18 oC tma), lo que permite concluir que el diseño de la vivienda debe privilegiar ganancia de energía (calor), obviamente, con el uso de la energía solar. El diseño sería un poco más exigente en el clima más frío (entre 10 °C y 13 oC tma), que requiere mayor ganancia y menos pérdida de calor (y entonces mayor inercia térmica), y un poco más permisivo en el menos frío (16 °C a 18 oC) que solo requiere de pequeñas entradas de calor y con frecuencia una inercia térmica más baja.

Con diseño bioclimático apropiado no se debería requerir utilizar dispositivos de consumo energético para lograr y mantener la zona de confort térmico.

5.2.2. Humedad relativa

Los climas fríos colombianos tienen globalmente humedad relativa que va desde 50 % hasta aproximadamente 85 %, es decir tienen tendencia a ser húmedos, pero en su mayor parte, se encuentran dentro de lo que se acepta como zona de confort (de 30 % a 80 % de humedad relativa).

El hecho de que térmicamente la vivienda de estos climas requiere ganancia de calor para aumentar su temperatura, conduce a que automáticamente, el parámetro humedad relativa en el interior se desplace hacia la zona de confort higrométrico, como lo demuestra el gráfico 2.

Así, por ejemplo, una vivienda en la sabana de Bogotá (cuya humedad relativa fluctúa alrededor de 65 %, de por sí, confortable), con temperatura media anual de 13,5 oC debería tener en su interior (según el gráfico 2), una humedad relativa de aproximadamente 55 % a 45 %, perfectamente centrada en la zona de confort higrométrico.


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Sin embargo, la situación puede no ser tan sencilla para un clima frío templado (propio de piedemonte andino) en el que la humedad relativa tiene tendencia hacia el 85 % y 90 % (fuera de confort) y en los que las temperaturas ambientales son del orden de 17 oC tma, estando la zona de confort térmico solo 2 oC por encima; la vivienda fácilmente sube la temperatura media a 22 oC, lo que implica que (según gráfico 2) la humedad relativa en su interior solo baja a aproximadamente 68 %, fluctuando posiblemente hasta 72 %; según el gráfico 5, se estaría en el límite superior del confort higrométrico, con alta posibilidad de ingresar en la zona de insatisfacción.

Esta situación sugiere varias estrategias entre las cuales podría esperarse, subir un poco dentro de la zona de confort hasta los 23 °C o 24 oC al interior de la vivienda, para bajar la humedad relativa hasta cerca de 60 % y establecer pequeños movimientos de aire. Esta estrategia crearía una tendencia hacia el centro de la zona de confort tanto térmico como higrométrico, al menos en horas del día.

En horas de la noche, al bajar la temperatura exterior a valores muy probables de 14 °C o 13 oC (o más bajos), es posible que hacia el amanecer se comience a afectar la temperatura de la cara interior de las paredes, registrando descenso en su temperatura, por lo que con alta probabilidad, estaría promoviendo la formación de condensación. Si ésta condensación se convierte en persistente durante varios días o semanas, con seguridad producirá moho con su consiguiente y característico olor.

Conclusión: higrométricamente, en los climas fríos colombianos, con buen diseño bioclimático, es relativamente sencillo mantenerse en la zona de confort y raras veces se requeriría provocar corrientes de aire. Por lo cual en estos climas, con buen diseño bioclimático, tampoco se debería requerir aparatos o equipos para lograr la zona de confort higrométrico. persianas. Vease Figura 7 y Figura 8


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Figura 7 Variables bioclimáticas medidas dentro de un apartamento de Bogotá en un día promedio de verano (25-02-2003)

Figura 8 Variables bioclimáticas medidas dentro de un apartamento de Bogotá en un día nublado y lluvioso (26-02-2003)


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5.2.3. Ventilación

El manejo de la ventilación en los climas fríos debería estar orientado específicamente a garantizar aire puro al interior de la vivienda, antes que a afectar la temperatura o la humedad, exceptuando tal vez, los casos de los climas fríos húmedos de piédemonte andino, en los cuales como ya se mostró en el numeral anterior, solo se requieren en ocasiones para mejorar higrométricamente la vivienda. Por ello, lo mínimo recomendado sería estar dentro de los límites establecidos en la Tabla 2, manejable con los movimientos naturales del aire interior, facilitado tal vez por una adecuada orientación con relación a la dirección de los vientos exteriores.

5.2.4. Iluminación

La iluminación natural (durante el día) también está privilegiada en estos climas, debido a la necesidad de favorecer la entrada de radiación solar por ventanas. No sería pues justificable la utilización de iluminación artificial durante el día.

El exceso de iluminación (cuando se presenta) es manejable con cortinas y/o


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