Ambiente y Confortabilidad en al Ámbito Urbano - Tema 2 Clase 1

AMBIENTE Y CONFORTABILIDAD

EN EL AMBITO URBANOUnidad II. Confort Bioambiental

Prof. Ricardo Cuberos Mejía, MSc, Arq.

2do. Período 2008

20/10/08

UNIVERSIDAD DEL ZULIA

FACULTAD DE ARQUITECTURA Y DISEÑO

INSTITUTO DE INVESTIGACIONES

URBANISMO Y AMBIENTE

1

Gaudy Bravo, Ricardo Cuberos - 2008

UNIDAD II

Unidades Temas

Unidad I: Variables

ambientales en el

ámbito urbano.

1. Análisis de las variables físico-geográficas,

climatológicas y urbanas necesarias en la

definición de zonas aptas para el desarrollo

urbano sustentable.

Unidad II: Confort

Bio-Ambiental.

1. Factores asociados a la dinámica

interrelación hombre-ambiente que

causan insatisfacción/satisfacción con el

ambiente construido, desde el punto de

vista térmico, lumínico, acústico, visual y

sanitario.

2. Acciones que adoptan los ocupantes

para mantener o restaurar el confort.

2


ESQUEMA DE LA PRESENTACIÓN

INTRODUCCIÓN

HABITABILIDAD

CONFORTABILIDAD

TIPOS DE CONFORTABILIDAD

• Térmica

• Acústica

• Lumínica

• Sanitaria

• Formal - Ergonómica

• Estético – Visual

• Funcional

3


HombreAmbiente

Analiza, conoce y actúa

Influye, afecta y condiciona

Adapta, tolera, habitúa

a las condiciones del

mismo.

Modificándolo,

adaptándolo a las

necesidades básicas, de

habitabilidad y

confortabilidad

INTERRELACIÓN DINÁMICA: varía con el tiempo

Interacción Ambiental

4


Ambiente: Influye, afecta y condiciona al hombre

Iglu

Esquimales

5



Edificaciones semi-enterradas

Viviendas en sabanas y selvas

Puente - selva

6



Desierto Mojave, USA

TuaregMarruecos

Tiendas de los Benuinos, Sahara

7



Positano, ItaliaIslas griegas

8


Hombre: analiza, conoce y actúa sobre el ambiente

9



10



Dubai, Arabia Saudita

Hotel Burj Al Arab

11



Empresa Hoover (sur-

este Las Vegas)

Edos. Nevada – Arizona, USA

Río Colorado

Vista de Las Vegas

Vista nocturna de Las Vegas

12



13


¿ Qué es el ambiente?

14


"el lugar donde vivimos todos"

El ambiente se convierte en el pilar fundamental para el desarrollo.

DESARROLLO

Ambiente Exterior

Ambiente

Interior

(Comisión Mundial del Ambiente y Desarrollo, 1987, p. Xi). l

"todo intento por mejorar el exterior de esta gran casa"

15


Físico - Geográfico

Climatológico

TérmicoAcústico

LumínicoOlfativo

ReligiosoPolítico

Tipos de Ambientes

EconómicoSocio-cultural

Ergonómico - Formal

Estético-Visual

16


HOMBRE

Género Edad

Condiciones Físicas

Experiencia socio-cultural: localidad, vestido, lugar de trabajo….

PesoEstatura Discapacidad

17


¿ Qué es la

habitabilidad?

18


La ciudad habitable es aquella que asegura

una calidad de vida decente y oportunidad

equitativa a todos los habitantes

(especialmente los más desfavorecidos) así

como un ambiente saludable y seguro.

http://encolombia.com/medioambiente/hume-habitabilidadenbogota.htm

19


La calidad de vida:

• Existencia de infraestructuras comunes que mejoran el medio o

entorno habitable de los hombres.

• Es bienestar de los seres vivos, que comprende el grado en que

una sociedad ofrece la oportunidad real de disfrutar de todos los

bienes y servicios disponibles.

•Es un concepto:

• multidimensional. Abarca aspectos amplios como: la

alimentación y el abrigo, el sentimiento de pertenencia y de

autorrealización.

• noción cualitativa, pues incluye la apreciación subjetiva de la

satisfacción, como relativa y comparativa pues surge a partir de

la conciencia del desnivel o diferencia significable entre

individuos, grupos sociales, sectores sociales, países y regiones

del mundo.(http://encolombia.com/medioambiente/hume-habitabilidadenbogota.htm)

20


¿ Qué es la

confortabilidad?

21


“Condición de la mente la cual expresa satisfacción conel ambiente” (González y otros, 1986).

En la dinámica interrelación hombreambiente, elhombre reacciona y adopta acciones o defineestrategias para alcanzar la confortabilidad (Bravo,2004). Proceso de adaptación.

La satisfacción con el ambiente se logra cuando las“expectativas” del sujeto, sobre ese ambiente, sonsemejantes a las condiciones experimentadas y,donde las expectativas son el resultado de laconfluencia de las experiencias ambientales, culturalesy técnicas pasadas y presentes que afectandirectamente la sensación de confortabilidad de cadaindividuo o conjunto de individuos (Bravo, 2004).

22


Confortabilidad Térmica

Confortabilidad Acústica

Confortabilidad Lumínica

Confortabilidad Sanitaria

Confortabilidad Formal-Ergonómica

Confortabilidad Estético-Visual

TIPOS DE CONFORT

Co

nfo

rtab

ilid

ad

glo

bal

Confortabilidad funcional

23


Confortabilidad Térmica

Desde la perspectiva termofisiológica (balance de calor)

El confort térmico se define como la mínima tasa de señales

nerviosas de los receptores térmicos de la piel y del hipotálamo o

como el balance de los flujos de calor del cuerpo humano, donde la

temperatura de la piel y la tasa de sudoración están dentro del rango

de confort (ISO7730, 1994; ASHRAE, 1993 y Hoppe, 2002).

Desde perspectiva psicológica y subjetiva.

Se concibe como la condición de la mente que expresa satisfacción

ante el ambiente térmico, lo cual refleja una amplia variación inter-

personal.

24


Basta que ocurra un cambio en el ambiente que cause inconfort

(insatisfacción) para que las personas reaccionen y adopten acciones

para restaurar el confort.

Personas en climas fríos o en invierno tiendan a aceptar ambientes

más fríos o a preferir temperaturas más calientes

Personas en ambientes cálidos o en verano tiendan a aceptar

ambientes más cálidos o preferir temperaturas más frías.

SATISFACCIÓN

OCURRE

“expectativas” térmicas

del sujeto sobre ese

ambiente

condiciones térmicas

experimentadassemejanza

experiencias térmicas, culturales y técnicas pasadas y presentes que

afectan directamente a cada respuesta, y, por consiguiente, a la

evaluación cognoscitiva de aceptabilidad.

Confluencia de

25


En esa compleja y dinámica interrelación entre el hombre y el

ambiente, intervienen diferentes procesos y factores que

involucran diferentes disciplinas y profesiones para su

estudio. Área de investigación multidisciplinar (Nicol, 1993).

• Fisiología: procesos internos para producir respuesta al calor.

• Psicología: estudia sensaciones conscientes sobre el ambiente.

• Física: estudia los procesos de transferencia de calor entre el

hombre y el ambiente.

• Ciencias sociales: estudia los factores sociales que determinan

las reacciones frente al medio ambiente.

• Ingeniería ambiental: estudia la respuesta de cómo las

necesidades ambientales pueden satisfacerse en una edificación.

• Arquitectura: encargada del diseño de las edificaciones y los

espacios que consideren formas de control ambiental.

26


Modelos de evaluación de la confortabilidad térmica

Basados en el balance de calor del cuerpo humano

Desarrollado en condiciones estáticas, estables o

constantes y están fundamentados en rigurosos

experimentos realizados en laboratorios (cámaras

climatizadas) y en experiencias de campo en latitudes

templadas.

Asumen a las personas como un agente pasivo o inerte

ante el estímulo térmico y donde los efectos de un

ambiente térmico, se deben exclusivamente al

intercambio de calor que ocurre entre el cuerpo humano

y el ambiente (física del calor).

27

Gaudy Bravo, Ricardo Cuberos - 2008 28


Qs: Flujo de calor solar

Qe: Enfriamiento

evaporativoQir: Intercambio de

calor de onda larga

Qi: Calor generado en el interior de la ciudad

Text

Tint

Qs+Qi=Qir+M*C(Ti-Te)

Tm=Tim-Tem=Qsm+Qim+Qem-Qirm

MC

M: Tasa de ventilación

C: Calor específico del aire

29



Ecuación de Balance de calor del cuerpo humano

H = Ed más Esw más Ere más L más K; (K = R más C)

donde:

H: producción interna o metabólica de calor

Ed: pérdida de calor por difusión de vapor de agua a través de la piel

Esw: pérdida de calor por evaporación de sudor de la piel

Ere: pérdida de calor latente por respiración

L: pérdida de calor seco por respiración

K: transferencia de calor desde la piel a la superficie de la ropa

R: transferencia de calor por radiación desde la superficie de la ropa

C: transferencia de calor por convección de la superficie de la ropa

más otras.

1. Método de Fanger (1970)

30


Para analizar y evaluar térmicamente un ambiente, Fanger propuso:

el grado de inconformidad de los sujetos dependerá

de la carga térmica

Sujeto que, hipotéticamente, mantiene la temperatura media de

la piel y la sudoración en valores de confort para un determinado

nivel actual de actividad.

diferencia entre

producción interna de calor pérdida de calor del sujeto

al ambiente-

Carga térmica = 0 ….condiciones de confort y cercanas

Carga térmica ≠ 0 ….no hay condiciones de

confort

(y actividad)

31


Ecuaciones de Fanger para predecir

el confort térmico (1970)

Predicción del voto medio - PMV y Porcentaje de

insatisfechos – PPD, usado por la norma ISO 7730

(1994)

predice las temperaturas que son consideradas confortables en una

edificación (Validez Universal)

Efectos térmicos de seis (6) parámetros físicos básicos, tales como:

la temperatura del aire (Ta), la humedad relativa (HR), la temperatura

media radiante (Tmr), la velocidad del aire (Vv), el aislamiento térmico

de la ropa (Icl=clo) y la producción de calor metabólico (M=met).

32


PMV = (0,303 e-0,036M + 0,028) (M - W) – 3,05x10-3 x 5733 – 6,99(M -

W) - Pa - 0,42 x (M - W) – 58,15 - 1,7x10-5 M (5867 – Pa) – 0,0014

M(34 -Ta) – 3,96x10-8 fcl x (tcl + 273)4 – (tr + 273)4 - fcl hc (tcl – ta)

donde:

tcl = 35,7 – 0,028(M – W) - Icl3,96x10-8 fcl x (tcl + 273)4 – (tr + 273)4 - fcl hc

(tcl – ta)

hc = 2,38 (tcl – ta)0,25 para 2,38 (tcl – ta) 0,25 >12,1var

= 12,1var para 2,38 (tcl – ta)0,25 < 12,1var

fcl = 1,00 + 1,290Icl para Icl 0,078 (m2 C/W)

= 1,05 + 0,645Icl para Icl > 0,078 (m2 C/W)

Predicción del voto medio - PMV

33


donde:

M: es la tasa metabólica, en W/m2 de la superficie del cuerpo,

donde 1 unidad metabólica (1 met) es igual a 58,2 W/ m2

W: es el trabajo mecánico, en W/m2, igual a cero para actividades

mayores.

Icl: es la resistencia térmica de la ropa, en m2 C/W, donde 1 unidad

de ropa (1clo) es igual a 0,155 m2 C/W

Fcl: es la proporción del área de la superficie del cuerpo vestida en

relación con la desnuda.

Ta: es la temperatura del aire, en C

Tr: es la temperatura media radiante en C

Var: es la velocidad relativa del aire (al cuerpo humano), en m/s

Pa: es la presión parcial de vapor de agua, en pascales.

Hc: es el coeficiente de transferencia de calor por convección en W/

m2 C

Tcl: es la temperatura superficial de la ropa en C

34


20.2179PMV40,03353PMV95100PPD e

Escala Valoración

+3 Muy caliente

+2 Caliente

+1 Ligeramente

caliente

0 Neutral

-1 Ligeramente frío

-2 Frío

-3 Muy frío

Escala de valoración de la sensación térmica

(Parsons, 1993; ISO 7730, 1994)

Porcentaje de insatisfechos – PPD

35


Método de cálculo

Programa de Fanger en la norma ISO 7730 (1994)

36


2. Método Adaptativo


• Se obtienen las respuestas de los individuos en función de la

sensación de calor sobre una escala descriptiva de la sensación térmica

propuesta por Bedford o por ASHRAE

• Se registran las variables físicas del ambiente simultáneamente a la

obtención de la respuesta térmica.

• Se analizan los diferentes efectos que, en forma completa, tiene el

comportamiento de las personas en su sensación de confort. Esto

último, es lo que se conoce como la aproximación adaptativa o modelo (Nicol, 1993; Nicol y Raja, 1996; deDear y Brager, 1998; Nicol y Humphreys, 2002).

en respuesta y en contraposición al Modelo de Fanger. Encuentran

discrepancias en las estimaciones de confort térmico.

37


Método Adaptativo

• Las personas usan numerosas estrategias, acciones o ajustes para

alcanzar el confort térmico, reflejando la interacción “toma y dame” entre

el hombre y el ambiente.

• En la interacción, el hombre es un sujeto activo, ajustándose

permanentemente al ambiente en una retroalimentada relación hombre-

ambiente.

• La sensación de confort, manifestada por el sujeto frente a un

determinado ambiente, se encuentra unida a las acciones personales y

al contexto en el cual el individuo se encuentra localizado (clima,

edificación y tiempo).

• La temperatura de confort, es el resultado de la interacción entre los

sujetos y sus edificaciones u otros ambientes que ocupan.

38


• Ajustes o acciones personales: cambios en las variables

personales para ajustarse al entorno, tales como:

• ajustes en la ropa o vestimenta de acuerdo al clima, estación,

Tint y necesidades sociales (modifican en forma consciente la

tasa de pérdida de calor del cuerpo);

• la ejercitación o relajación (aumentan o disminuyen la

generación interna de calor);

• la postura corporal; la alimentación/bebida caliente o fría;

• los desplazamientos a diferentes zonas de la edificación o

localizaciones geográficas;

Acciones o ajustes para lograr el bienestar térmico

• Comportamiento o conducta: todas las manifestaciones

conscientes e inconscientes que puede practicar una persona para

modificar el calor generado y los flujos de calor que intervienen en el

balance térmico del cuerpo humano.

39


• la selección de sistemas de calefacción o enfriamiento, simples o

sofisticados;

• y la selección del diseño y construcción de la edificación (por

orientación, capacidad térmica, áreas vidriadas, aislamiento térmico

y sombra).

• Ajustes o acciones ambientales o tecnológicas: utilización

de los elementos de la propia edificación, cuando se tiene

control sobre ellos, tales como:

• la operación (abrir o cerrar) de las ventanas próximas o cercanas;

• el manejo de persianas; el encendido o apagado de ventiladores,

enfriadores o calentadores de aire; el uso de bloques difusores de

aire (bloques perforados);

• la regulación de los termostatos de A.A. o calefacción;

• el control de los interruptores; el encendido de una chimenea etc.


40


• Ajustes o acciones culturales, referidas a todos

aquellos ajustes propios de una cultura, tales como: los

horarios de las actividades laborales y de descanso

(ejemplo, las siestas), las adaptaciones a los códigos

(estilo) de la ropa, entre otros.


41


• La “adaptación genética”: todas aquellas alteraciones que

forman parte de la genética de un individuo o grupo de

personas y que son transferidas a la vida del mismo

• La “aclimatización”: cambios que ocurren en el sistema de

termorregulación fisiológica en un período de días o

semanas, en respuesta a una exposición simple o a una

exposición combinada de ambientes térmicos estresantes o

extremos:


• Acciones o ajustes fisiológicos: cambios en la respuesta

fisiológica que resultan de la exposición a factores térmicos –

ambientales, lo cual conduce a una disminución gradual en la tensión

inducida por tal exposición. Dependen básicamente de dos tipos de

adaptación climática del hombre:

42


• Se afecta los “puntos de referencia” de las

termorregulaciones fisiológicas.

• Las personas están principalmente expuestas a

condiciones climáticas interiores que exteriores

(permanecen la mayor parte del tiempo). Las mayores

regulaciones pueden ocurrir para esas condiciones

internas.

• En condiciones climáticas extremas, se requerirá un

mayor tiempo y mayores ajustes termorreguladores o

termofísicos para alcanzar condiciones estables y de

confort.


43


varían de acuerdo a tres niveles de control personal:

• el disponible o aprovechable (oportunidad adaptativa),

• el ejercitado (ajuste del comportamiento o adaptación)

• el percibido (expectativa).


• Acciones o ajustes psicológicos (adaptación perceptual):

efectos que tienen el "hábito" y la "expectativa" en el cambio de la

percepción térmica y en la expresión de esa información sensorial.

Percepción alterada del ambiente térmico resultante de las

experiencias y expectativas únicas de los sujetos

44


• La expectativa depende de la experiencia térmica

o la experiencia térmica condiciona la expectativa

sobre un ambiente térmico. Ejm. personas que han

vivido en ambientes calurosos pueden considerar su

“destino” vivir en esos ambientes.

• La expectativa está asociada a la tolerancia

térmica. Las personas en ambientes cálidos (o edif.

NV) pueden juzgar con menor severidad e

inaceptabilidad estas condiciones, comparado con el

juicio que emitirían las personas acostumbradas a

ambientes templados (o edif.con AA) sobre el mismo

ambiente. Pueden tolerar mayores rangos de

condiciones climáticas que reflejen los patrones del

clima exterior.

45


• Que la expectativa está asociada a la preferencia

térmica. Cuando los ocupantes tienen una oportunidad

de cambio (adaptativa), el promedio de las personas,

probablemente no preferirán un ambiente diferente de

esos que escogerían las personas que utilizan

edificaciones con aire acondicionado.

Método de

Estimación de la

Temperatura Neutral

46


Método de estimación de la Temperatura Neutral

Estudio de campo. Aplicación de instrumento (encuesta)

47


Método de estimación de la Temperatura Neutral

48


Ta, Tg, Hr (HOBOS U12-012) y Vv (anemómetro de hilo caliente y registrador)

Registro de variables ambientales

49


Registro de variables ambientales

Valores de Tasa Metabólica

Actividad 30 min. antes de la

evaluación

Met aprox.

(ISO 7730)

Acostado 0,8

Sentado y relajado 1,0

Parado en actividad leve o

moderada

1,6-2,0

Caminando en actividad leve o

moderada

1,9-2,4

50


Valores de vestimenta Clo aprox.

(ISO 7730)

Pant. Largo (0,20-0,28) s/camisa, s/calzado o c/calzado abierto 0,20- 0,28

Pant. Corto (0,06), s/camisa. Calzado abierto 0,06

Camisa manga corta (0,15), pant. corto (0,06), s/calz o c/calz abierto 0,21

Camisa manga larga (0,20-0,25), pant. corto (0,06), s/calz o c/calz abierto 0,26-0,31

Camisa s/manga (0,10-0,15), pant. corto (0,06), s/calz o c/calz abierto 0,16-0,21

Camisa mga corta (0,15), pant. largo (0,20-0,28), s/calz o c/calz abierto 0,35-0,43

Camisa mga larga (0,20-0,25), pant. largo (0,20-0,28), s/calz o c/calz abierto 0,40-0,53

Camisa s/manga (0,10-0,15), pant. largo (0,20-0,28), s/calz o c/calz abierto 0,30-0,43

Camisa s/manga (0,10-0,15), falda corta (0,15), s/calz o c/calz abierto 0,25-0,30

Camisa manga corta (0,15), falda corta (0,15), s/calzado o c/calz abierto 0,30

Vestido largo, manga corta (0,20-0,25), s/calzado o c/calzado abierto 0,20-0,25

Vestido corto, manga corta (0,15-0,20), s/calzado o c/calzado abierto 0,15-0,20

51


Procesamiento de datos

52



53



Sensación térmica de los individuos

54



Sensación térmica de los individuos

55



-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

Escala Perceptual

PM

V

56



y = 0,3132x - 8,1019

R2 = 0,1355

-2

-1

0

1

2

3

4

24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

Tbs ext (ºC)

RSTI

Tn= 25,8 ºC

57



y = 0,2959x - 8,2981

R2 = 0,2403

-2

-1

0

1

2

3

4

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38

Tg (ºC)

RS

TI

Tn= 28,0 ºC

r = 0,49

Tn= 26,3 ºC Tn= 29,7 ºC

58



Tbsext (prom Marz)

Humphreys en 1976

(Ec. 2)

Humphreys en 1978

(Ec. 3)

Auliciems y deDear en 1986

(Ec. 4)

Nicol y Humphreys (2002)

(Ec. 6) SALA+DORM N

(ºC ) Tc = 0,534 Tm

+11,9 Tc = 0,534 Tm

+12,1 Tc = 0,31 Tm +

17,6 Tc = 0,54 Tm +

13,5

PromA 27,5 26,6 26,8 26,1 28,4

Máx 30,3

Mín 25,3

Tbsint Humphreys en

1976 (Ec. 1)

Auliciems y deDear en 1986 (Ec. 5)

Bravo y González (2001a, 2001b)

(Ec. 14b) SALA+DORM N

(ºC ) Tn = 0,83 Tint +

2,56 Tn = 0,73 Tint + 5,41 Tn = (8,2981/0,2959) + perc

PromA 27,8 25,6 25,7 27,9

Máx 30,0

Mín 26,0

Moda 27,7

Desvest 0,9

Interv Conf ( =0,05) 0,2

59


3. Gráficos Psicrométricos


Diagrama Psicrométrico

Pb: 101.325 kPa. Altitud: 0 m

Zona de Confort y Estrategias

de Diseño.

Eduardo González, Abril 2006.

0

5

10

15

20

25

15 20 25 30 35

Temperatura de Bulbo Seco (°C)

Ta

sa

de

Hu

me

da

d (

gr/

kg

)Exterior Sala

10

20

80 70

60

90

50

40

100

3015

20

25

HR (%)

SERIE 1: 10.02.06 - 16.02.06

Diagrama Psicrométrico

Pb: 101.325 kPa. Altitud: 0 m

Zona de Confort y Estrategias

de Diseño.

Eduardo González, Abril 2006.

0

5

10

15

20

25

15 20 25 30 35

Temperatura de Bulbo Seco (°C)

Ta

sa

de

Hu

me

da

d (

gr/

kg

)Exterior Sala

10

20

80 70

60

90

50

40

100

3015

20

25

HR (%)

SERIE 8b: 01.08.06 - 27.08.06

60


SERIE 1: 10.02.06 - 16.02.06 SERIE 8b: 01.08.06 - 27.08.06

61

Gaudy Bravo, Ricardo Cuberos - 2008 62

Evaluación Unidad 2

• Descargar e imprimir las

presentaciones

• Estudiarlas

Examen LUNES 03 / 11 / 08

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