Thermal Comfort Booklet Spanish[1]

A.2.7. Comodidad Trmica

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El Edificio A.2.7.Editori@l de Construccin

Comodidad Trmica

A Ambiente22.72.7.1 2.7.2

Clima y comodidadComodidad Trmica La Ecuacin de Confort Normativa de Comodidad

Redactor Catlogo Indice local Buscar

La Comodidad TrmicaTitulo original: "Thermal Comfort" [ http://www.innova.dk/books/thermal/thermal.htm ] Copyright 1997 INNOVA Air Tech Instruments A/S, Denmark [Brel &Kjr] Traduccin: Manuel Martn Monroy 2000

Bjrn Kvisgaard

ContenidoEste manual ofrece una introduccin a la comodidad trmica, donde se exponen procedimientos para evaluar el ambiente trmico y mtodos aplicados para su medida. Indice: Qu es la Comodidad Trmica? Cmo se regula la Temperatura de Cuerpo? Cmo evala el hombre el Ambiente Trmico? Condiciones bsicas para la Comodidad Trmica La Ecuacin de Comodidad Estimacin del Nivel Metablico MET Estimacin del Nivel de Ropa CLO Qu parmetros se deben medir? Qu es la Temperatura Radiante Media y como se mide? Qu es la Temperatura Operativa, Equivalente y Efectiva?

file://C:\Documents%20and%20Settings\JRosendahl\Desktop\A_2_7_ %20Comodidad%... 17-01-2003


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La Temperatura Operativa y Equivalente pueden medirse directamente Cmo crear Comodidad Trmica Las escalas PMV y PPD La incomodidad Trmica Local Corrientes de aire Evaluacin de Corrientes de Aire Asimetra de la Radiacin Trmica Diferencia Vertical de Temperatura del Aire Temperatura del Suelo Cmo se realiza la medicin de un lugar de trabajo. Como se evalua la Calidad Trmica de un local Bibliografa Recomendada Apndices: A: Clculo de la Prdida de Calor Seco H B: Ecuaciones de Balance de Calor, Comodidad y PMV C: Tabla de Niveles Metablicos Met D: Tabla de Niveles de ropa Clo E: Clculo de Temperatura Radiante Media F: Clculo de Temperatura Radiante Plana y Temperatura Operativa. Nomenclatura Notas a la Edicin

Que es la comodidad trmica?El hombre siempre ha deseado crear un ambiente trmico cmodo. Esto se refleja en la arquitectura tradicional de todo el mundo, desde la historia antigua hasta el presente. Actualmente, la creacin de un ambiente trmico cmodo es uno de los parmetros ms importantes que se consideran cuando se proyectan edificios. Pero Qu es exactamente la comodidad trmica? La norma ISO 7730 lo define como "aquella condicin mental que expresa satisfaccin con el ambiente trmico". Esta definicin puede satisfacer a la mayora de la gente, pero tambin es una definicin que no es fcil de convertir en parmetros fsicos. La complejidad de la evaluacin de la comodidad trmica se puede ilustrar con un ejemplo: Un da de invierno fro y soleado, una persona vestida normal puede descansar en una habitacin con calefaccin, al tiempo que otra persona con ropa ligera puede estar haciendo deporte en el exterior. Ambas personas pueden sentirse cmodas aunque se encuentren en ambientes trmicos totalmente diferentes. Esto nos recuerda que la comodidad trmica depende de muchos parmetros fsicos, en vez de solo uno, como por ejemplo la temperatura. El ambiente trmico debe ser considerado conjuntamente con otros factores, como la calidad del aire, niveles de luz y ruido, cuando se evala nuestro ambiente de trabajo o



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domstico. Si nosotros sentimos que el entorno de trabajo diario no es satisfactorio, nuestro rendimiento laboral disminuir inevitablemente. Por ello, la comodidad trmica tiene un gran impacto en nuestra eficacia laboral.

Como se regula la temperatura del cuerpo?El hombre tiene un sistema regulador de temperatura muy efectivo, que garantiza que la temperatura del ncleo del cuerpo se mantenga a 37C aproximadamente.. Cuando el cuerpo empieza a calentarse demasiado, se inician dos procesos: primero se dilatan los vasos sanguneos, incrementando el flujo de sangre por la piel, y a continuacin uno empieza a sudar. El sudor es un efectivo mecanismo de enfriamiento, porque la energa requerida para evaporar el sudor es tomada de la piel. Bastan unas pocas dcimas de grado de incremento de la temperatura del ncleo del cuerpo para estimular una produccin de sudor que puede cuadruplicar la prdida de calor del cuerpo. Si el cuerpo empieza a enfriarse demasiado, la primera reaccin es la vaso-constriccin de los conductos sanguneos, reduciendo el flujo de sangre por la piel. La segunda reaccin es incrementar la produccin interna de calor mediante la estimulacin de los msculos, pudiendo causar temblores. Este sistema es de tambin muy efectivo, y puede incrementar la produccin de calor corporal bruscamente. El sistema de control que regula la temperatura del cuerpo es complejo, y an no se comprende del todo. Sin embargo, se conocen los dos sistemas ms importantes de sensores para el sistema de control. Estn localizados en la piel y en el hipotlamo. El hipotlamo tiene un sensor de calor que inicia la funcin de enfriamiento del cuerpo cuando la temperatura del ncleo del cuerpo sobrepasa los 37 C. Los sensores de la piel son



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sensores de fro que inician las defensas corporales contra el enfriamiento cuando la temperatura de la piel cae por debajo de 34C. Si los sensores de calor y fro envan seales al mismo tiempo, nuestro cerebro puede inhibir una o ambas reacciones trmicas de defensa del cuerpo.

Cmo evala el hombre el Ambiente Trmico?El hombre considera cmodo el ambiente si no existe ningn tipo de incomodidad trmica. La primera condicin de comodidad es la neutralidad trmica, que significa que una persona no siente ni demasiado calor ni demasiado fro. Cuando la temperatura de la piel baja de los 34C, nuestros sensores de fro empiezan a enviar impulsos al cerebro; y si la temperatura contina bajando los impulsos se incrementan en nmero. El nmero de impulsos es tambin una funcin de la rapidez del descenso de la temperatura de la piel. De forma similar, el sensor de calor en el hipotlamo enva impulsos cuando la temperatura excede de 37C, y cuanto ms se incremente la temperatura, aumenta el nmero de impulsos. Se considera que nuestra evaluacin del ambiente trmico se fundamenta en las seales de estos dos sistemas de sensores. El cerebro interpreta las seales como una suma de impulsos positivos y negativos que se anulan entre s. Si las seales de ambos signos son de la misma magnitud se sentir trmicamente neutro, si no, se sentir demasiado caluroso o demasiado fro. Una persona en un estado trmica neutro y completamente relajada es un caso especial, ya que no se activan ni los sensores de calor ni de fro. Dado que se necesita bastante tiempo para cambiar la temperatura del ncleo del cuerpo, las seales del sensor de calor varan muy lentamente comparadas con las seales de los sensores de fro.

Condiciones bsicas para la Comodidad TrmicaDos condiciones deben ser cumplidas que para mantener la comodidad trmica. La



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primera es que la combinacin actual de temperatura de piel y temperaturas del ncleo del cuerpo proporcione una sensacin trmica neutra. La segunda es el equilibrio del balance de energa del cuerpo: El calor producido por el metabolismo debera ser igual a la cantidad de calor disipada por el cuerpo. Las relaciones entre los parmetros: temperatura de la piel, temperatura del ncleo corporal y actividad, cuyo resultado es una sensacin trmica neutra, esta basada en un gran nmero de experimentos. Durante esos experimentos se midieron la temperatura de ncleo de cuerpo, la temperatura de piel y la cantidad de sudor producida a diversos niveles de actividad conocidos, mientras que el grupo de personas del ensayo permaneca trmicamente cmodos. Los resultados de los experimentos pueden verse en la figura. Se eligi la produccin de sudor como parmetro en sustitucin de la temperatura del ncleo del cuerpo, pero como la produccin de sudor es una funcin de la temperatura profunda del cuerpo y de la piel, esto no cambia para nada en el modelo de sensacin trmica. Durante el experimento, mientras se determinaba como era un ambiente trmico cmodo, no se observaron diferencias entre sexos, edad, raza y el origen nacional o geogrfico. Sin embargo, s se observaron diferencias entre individuos en la misma situacin. Las ecuaciones que controlan el balance de energa para una persona son relativamente simples. Se pueden estudiar en el Apndice B.

La Ecuacin de ComodidadLa ecuacin de la Temperatura Cmoda de la Piel y la Produccin de Sudor se puede combinar con la ecuacin de Balance de Energa del Cuerpo, para obtener la Ecuacin de Comodidad. Esta ecuacin describe



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la relacin entre unos parmetros fsicos medibles y la sensacin trmica neutra experimentada por una persona "tpica". La Ecuacin de Confort nos proporciona una herramienta operativa con la cual, midiendo unos parmetros fsicos, podemos evaluar bajo que condiciones podemos ofertar comodidad trmica en un espacio habitado. La Ecuacin de Comodidad, desarrollada por P.O. Fanger [1] es demasiada complicada para clculo manual y se suele aplicar mediante ordenador o con el auxilio de tablas y grficas. La ecuacin completa se muestra en los Apndices A y B. La ecuacin revela que las temperaturas de las superficies que rodean a una persona tienen una enorme influencia en la sensacin trmica. Un cambio de 1C en la temperatura de las superficies del entorno, bajo ciertas circunstancias, puede influir tanto como un cambio de 1C en la temperatura del aire. Adems, la Ecuacin de Comodidad demuestra que el nivel de humedad solo tiene una influencia moderada en la sensacin trmica. En la prctica, es importante conocer los parmetros de entrada que requiere la Ecuacin de Comodidad, que son: 2 valores, en tablas, para el Nivel Metablico y el Nivel de Ropa de las personas (Valores Met y Clo).

De 2 a 4 parmetros medidos, que describan el ambiente trmico en el lugar de estancia (Temperatura del aire, Temperatura radiante media, Velocidad del aire y Humedad).

En resumen, la ecuacin de Fanger describe la relacin entre la actividad o nivel metablico y las prdidas de calor del cuerpo por los mecanismos de convencin, radiacin, transpiracin y respiracin.

Estimacin del Nivel Metablico METEl metabolismo es el motor del cuerpo, y la cantidad de energa producida por el metabolismo depende de la actividad muscular. Normalmente toda la actividad muscular es convertida en calor en el cuerpo, pero durante trabajos fsicos externos la proporcin puede bajar al 75%. Como ejemplo, una persona subiendo una montaa, que genere un trabajo externo de 100 watios (acumulado como energa potencial), puede necesitar generar una energa de 500W, de los cuales 400W se disiparn en forma de calor. El metabolismo se suele medir en Met, correspondiente al nivel de actividad de una persona sedentaria, y equivale a una prdida de calor de 58 W/m2 de superficie corporal. Un adulto normal tiene una superficie de piel



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de 1.7 m2, de manera que una persona en reposo pierde aproximadamente cien watios. Nuestro metabolismo est al mnimo mientras dormidos (0.8 Met) y se incrementa al mximo durante actividades deportivas, pudiendo superar los 10 Met. La grfica muestra unos pocos ejemplos de niveles metablicos para diversas actividades. Como complemento, se presenta una tabla con los niveles metablico de diferentes actividades. As, por ejemplo, se suele emplear entre un nivel metablico de 1.2 Met, correspondiente a un trabajo normal de oficina, mientras que el trabajo domestico es una actividad bastante intensa, con niveles de 2.5 a 2.9 Met. Cuando se evala el nivel metablico de una persona es importante calcular el valor medio durante la ltima hora como mnimo, ya que la capacidad trmica del cuerpo hace que ste cambie de temperatura muy lentamente, "recordando" el nivel de actividad durante una hora aproximadamente.

Estimacin del Nivel de Ropa CLOLa ropa reduce la prdida de calor de cuerpo. Por lo tanto, la ropa se clasifica segn su valor de aislamiento. La unidad normalmente usada para medir el aislamiento de ropa es la unidad Clo, aunque tambin se utiliza la unidad ms tcnica de m2 C/W). C/W (1 Clo = 0.155 m2 La escala Clo se ha diseado para que una persona desnuda tenga un valor de 0.0 Clo, y alguien vestido con un traje tpico de negocio tenga un de valor de 1.0 Clo. En la figura se muestran algunos valores normales de Clo. El valor Clo se puede calcularse si se conoce la vestimenta de las personas y los valores Clo de cada una de las prendas, sumando simplemente los valores de cada una. El Apndice D contiene una lista de artculos de ropa y sus valores Clo correspondientes. El valor Clo obtenido de mediante el clculo suele tener una exactitud suficiente. Si se requieren valores exactos es mejor medir el valor Clo utilizando un maniqu calentado. Cuando se calcula los valores Clo es importante recordar que las butacas tapizadas, los asientos de automvil y las camas tambin reducen la prdida de calor del cuerpo, y por lo tanto, estos deben incluirse en el clculo total.



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Qu parmetros se deben medir?Cuando se mide el ambiente trmico de una habitacion es importante recordar que el hombre no puede sentir la temperatura del local, sino el calor que pierde su cuerpo. Los parmetros que se deben medir son aquellos que afectan a la prdida de energa. Estos son: ta tr va pa Temperatura del aire Velocidad del aire Humedad C m/s Pa

Temperatura radiante media C

La influencia de estos parmetros en la prdida de energa no son iguales, pero no es suficiente medir solo uno de ellos. Por ejemplo, la Temperatura Radiante Media tiene con frecuencia una influencia tan grande como la temperatura de aire sobre la prdida de energa. Para caracterizar el ambiente trmico interior con el mnimo de parmetros y evitar la medida de la temperatura radiante media, que es difcil de obtener y consume mucho tiempo, se han introducido algunos parmetros integrados. Los 3 mas importante son la Temperatura Operativa (To), la Temperatura Equivalente (Teq) y la Temperatura Efectiva (ET *). Los parmetros integrados combinan la influencia en la prdida de calor de los parmetros simples que se indica a continuacin: to teq ET * ta + tr ta + tr + va ta + tr + pa



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Los parmetros integrados nos ofrece la ventaja de describir el ambiente trmico con menos datos.

Qu es la Temperatura Radiante Media y cmo se mide?La Temperatura Radiante Media (tr) de un ambiente se define como la temperatura uniforme de un local negro imaginario que produzca en la misma prdida de calor por radiacin en las personas como el local real. La ecuacin para el clculo de Temperatura Radiante Media es:

La medicin de la temperatura de todas las superficies de una sala consume mucho tiempo, y consume aun ms tiempo el clculo de los correspondientes coeficientes angulares. Por ello se procura evitar el uso de la Temperatura Radiante Media si es posible. La Temperatura de Globo, la Temperatura de Aire y la Velocidad de Aire en un punto se pueden utilizar para el clculo de la Temperatura Radiante Media. La precisin del resultado es, sin embargo, dudosa, en parte porque los coeficientes angulares entre el globo y las superficies de una sala son diferentes a los de una persona y las mismos superficies, y por otra parte debido a la incertidumbre del coeficiente de transferencia de calor por conveccin del globo. En el Apndice E se muestra el uso de la Temperatura de Globo para el clculo de Temperatura Radiante Media, y un procedimiento para el clculo de



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Temperatura Radiante Media en base de las Temperaturas de Planos Radiantes.

Qu es la Temperatura Operativa, Equivalente y Efectiva?La definicin y caractersticas de las temperaturas integradas se puede explicar usando la figura. El razonamiento de estas 3 temperaturas es similar. Imagine que usted toma una persona y la mueve desde una sala real en una sala imaginaria. Entonces ajusta la temperatura de la sala imaginaria hasta que la persona experimente la misma prdida de calor que en la sala verdadera. Finalmente, determine la Temperatura de Aire de la sala imaginaria, que por la definicin es la temperatura integrada. Cada uno de los parmetros de las temperaturas integradas tiene su propia condicin especfica que debe cumplirse en la sala imaginaria. Estas condiciones son: to va = va pa = pa teq va = 0.0 pa = pa ET* Va = va HR = 50%



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Los valores de ET * y teq son dependientes del nivel metablico y ropa de las personas, mientras que el valor to es independiente de estos parmetros. El sistema de ecuaciones para calcular teq y to se describen en el Apndice A. La Temperatura Operativa puede tambin se calcula usando una ecuacin simplificada en el Apndice F. Las ecuaciones para el clculo de ET * pueden encontrarse en el ASHRAE Handbook [7].

La Temperatura Operativa y Equivalente pueden medirse directamenteSe puede comprobar que la Temperatura Operativa en un punto determinado, para la mayora de las aplicaciones, ser igual a la temperatura de un maniqu no calentado ajustado para ello. Un transductor de Temperatura Operativa debera tener unas propiedades de intercambio de calor similares a las del maniqu mencionado. O, para ser ms preciso, el transductor y el maniqu deberan tener: El mismo coeficiente de prdida de calor por radiacin y conveccin.

El mismo coeficiente angular con su entorno. El mismo factor de absorcin (emisividad) para la radiacin de onda corta y larga.

Un elipsoide gris claro, de 160 mm de largo y 54 mm de dimetro, satisface las especificaciones requeridas para ser un transductor de Temperatura Operativa. Si se equipa este objeto con un sensor para medir la temperatura superficial media obtendremos un transductor de temperatura operativa. Como el coeficiente angular de una persona respecto a su entorno cambia segn su postura, el transductor tambin debera ser capaz de asumir diferentes posiciones equivalentes. Si se calienta el Transductor Operativo a la misma temperatura superficial de la ropa de una persona, se puede obtener directamente la Prdida de Calor Seco (H) del cuerpo. H se determinada simplemente por la cantidad de energa requerida para mantener la temperatura superficial del transductor. Si se conoce H, la Temperatura Equivalente teq puede calcularse y viceversa. La ecuacin usada



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para esta conversin poder verse en el Apndice A.

Cmo crear Comodidad TrmicaCuando se evala un lugar de estancia, se suele emplear la Temperatura de Comodidad, (tco), que se define como la Temperatura Equivalente en la que una

persona tiene una sensacin trmica cmoda. No se suele hablar de humedad de comodidad, en parte por la dificultad para percibir la humedad del aire, y por otra parte porque por la poca influencia en la prdida de calor de una persona cuando esta se encuentra prxima a un estado de comodidad trmica. La temperatura de comodidad en un ambiente determinado puede calcularse mediante la ecuacin de comodidad (Apndice B). En la figura se muestra algunos resultados de tales clculos. Observe la diferencia de Temperatura de Comodidad entre un trabajo pesado con bastante ropa y un trabajo sedentario con ropa ligera. Si una sala contiene mucha gente, vistiendo diferentes tipos de ropa y efectuando diferentes tipos de actividades, puede ser difcil crear un ambiente que garantice comodidad trmica para todos los ocupantes. Se puede solucionar en parte cambiando los factores locales que puedan afectan la comodidad trmica como, por ejemplo, instalando paneles radiantes para combatir la sensacin de fro o incrementando la ventilacin para aliviar la sensacin de calor. Afortunadamente, los individuos suelen regular su propia comodidad trmica adaptando su ropa a las condiciones del ambiente y el tipo de actividad, como por ejemplo, ponindose una chaqueta o subindose las mangas de la camisa.



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Las escalas PMV y PPDSi la comodidad trmica en un lugar de trabajo no es perfecta, qu lejos estamos de ella?, o entre que lmites debemos mantener la temperatura y humedad para obtener un grado de comodidad trmica razonable?. La respuestas a estas preguntas se pueden obtener mediante el ndice PMV de Voto Medio Previsto (Predicted Mean Vote). El ndice PMV predice el valor medio de la sensacin subjetiva de un grupo de personas en un ambiente determinado. La escala del PMV tiene un rango de sensacin trmica de 7 puntos, desde - 3 (fro) a +3 (caliente), donde el 0 representa una sensacin trmica neutra. Aunque el ndice PMV sea 0, todava habrn algunos individuos que estn insatisfechos con el nivel de temperatura, a pesar que todos ellos tengan una vestimenta y un nivel de actividad similar, porque la evaluacin de la comodidad difiere ligeramente entre las personas. Para predecir cunta gente est insatisfecha en un ambiente trmico determinado, se ha introducido el ndice de Porcentaje de Personas Insatisfechas PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied). En el ndice PPD la gente que vota - 3, - 2, +2, +3 en la escala PMV se considera trmicamente insatisfechas. Observe que enla curva que muestra la relacin entre PMV y PPD nunca se consigue menos de un 5% de personas insatisfechas. En el Apndice B se puede ver como se calcula los valores de PMV y PPD.



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La Incomodidad Trmica Local Aunque una persona tenga una sensacin de neutralidad trmica en general, puede tener partes del cuerpo en condiciones de incomodidad trmica. Este malestar trmico local no se puede evitar elevando o disminuyendo la temperatura del local. Es necesario eliminar la causa del calentando o enfriando localizado. Generalmente, el malestar trmico local se puede clasificar en algunas de estas 4 categoras:1. El enfriamiento local del cuerpo por conveccin ocasionado por el turbulencias 2. El enfriamiento o calentamiento por la radiacin de zonas del cuerpo. Esto es conocido como un problema de asimetra de la radiacin. 3. Los pies fros y la cabeza caliente al mismo tiempo, ocasionado por una gran diferencia vertical de temperatura del aire. 4. Los pies calientes o fros, ocasionados por una temperatura incmoda del suelo.



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Recuerde que slo se puede juzgar la calidad ambiental de un local cuando se han investigado los parmetros tanto de la comodidad trmica general como de la localizada. Corrientes de AireLas corrientes de aire son una de las quejas ms comunes cuando se estudian locales con aire acondicionado, vehculos o aviones. En realidad, el hombre no puede sentir velocidad de aire, sino que las quejas de la gente son debidas a un desagradable enfriamiento local de su cuerpo. La gente son muy sensibles a las corrientes de aire en las partes desnudas del cuerpo. Por lo tanto, las corrientes slo se suelen sentir en la cara, las manos y en la parte baja de las piernas. El flujo de calor perdido por la piel, ocasionado por las corrientes de aire, es funcin de la velocidad media del aire, as como tambin la turbulencia del flujo y la temperatura del aire. Debido a la manera en que funcionan los sensores del fro de la piel, el grado de malestar no solo dependiente de la prdida local de calor, sino que tambin la fluctuacin de la temperatura de piel tiene una gran influencia. Un flujo de aire muy turbulento se puede sentir mucho mas molesto que un flujo continuo a la misma velocidad, aunque produzcan el mismo enfriamiento. Se cree que las turbulencias crean tantas diferencias de temperatura en la piel que provoca un exceso de estmulos desagradables, los cuales son enviados por los sensores de fro de la piel. Se sabe algo sobre qu tipos de fluctuaciones ocasionan un mayor malestar, mediante el estudio de grupos de individuos sometidos a diversas frecuencias de variacin de velocidad de aire. La fluctuacin con una frecuencia de 0.5 Hz son las ms incmodas, mientras que las frecuencias superiores a 2 Hz no se sienten.



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Evaluacin de las Corrientes de AireEl porcentaje de personas incmodas por corrientes de aires se puede calcular usando las siguientes ecuaciones:

Donde: DR = Coeficiente de Turbulencias [%] ta = Temperatura del aire [ C]

va = Velocidad de Aire [m / s]

SD = Desviacin estndar de la velocidad de aire [m / s]

Para describir la fluctuacin de la velocidad de aire se suele emplear el trmino "Intensidad de Turbulencia", que se define como:

La ecuacin del Coeficiente de Turbulencias procede de la norma ISO 7730 norma, y est basada en estudios realizados con 150 sujetos. La ecuacin se puede aplicar a personas que realizan actividades sedentarias o muy ligeras, en condiciones prximas a las de comodidad trmica. Para calcular va y SD de han usado periodos de 3 minutos. El sensor de velocidad que se utilice para evaluar las turbulencias debe tener altas prestaciones para ser capaz de medir: velocidades de aire menores a 0.05 m/s, fluctuaciones de hasta 2 Hz, y no afectarle la direccin del flujo de aire. A velocidades muy bajas, la direccin del flujo del aire en la zona ocupada cambia rpidamente. Ya que no es posible colocar el sensor en una direccin predeterminada es por lo que se precisa un sensor omnidireccional.



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Asimetra de la Radiacin TrmicaSi usted permanece frente al fuego de una chimenea en un da fro, despus de un perodo de tiempo comenzar a sentir un fro incmodo en la espalda. Este malestar no se puede evitar acercndose al fuego, ya que el aumento de la temperatura del cuerpo aumenta la incomodidad. Este es un ejemplo de cmo una radiacin trmica no uniforme puede resultar incmoda para el cuerpo. Para describir esta falta de uniformidad trmica del campo de radiacin se utiliza el parmetro de Asimetra de Temperatura Radiante (D tpr). Este parmetro se

define como la diferencia de Temperatura Radiante Plana (tpr) entre los dos caras opuestas de un elemento pequeo plano. Los experimentos con personas expuestas a diferentes grados de asimetra de temperatura radiante ha demostrado que los techos calientes y las ventanas fras pueden ser la causa de una elevada incomodidad, mientras que los techos fros y las paredes calientes causan una incomodidad menor. Durante estos experimentos todas las otras superficies y el aire se mantuvieron a la misma temperatura. El parmetro de Asimetra de Temperatura Radiante (D tpr) se puede obtener de dos maneras. Uno, midiendo la Temperatura Radiante Plana (tpr) en dos

direcciones opuestas usando un transductor que integra la radiacin incidente sobre un pequeo elemento plano procedente de cada hemisferio. El otro sera midiendo las temperaturas de todos los superficies del entorno y entonces calcular Asimetra de Temperatura Radiante. En el Apndice F se muestra el procedimiento para realizar dicho clculo.



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Diferencia Vertical de Temperatura del AireGeneralmente es desagradable sentir calor en la cabeza y a la vez sentir fro en los pies, con independencia de que la causa sea por radiacin o conveccin. En el apartado anterior se estudi los lmites de tolerancia de la Asimetra de Temperatura Radiante. Ahora estamos estudiando la diferencia de temperatura del aire aceptable entre la cabeza y los pies. Los experimentos se efectuaron con personas en un estado de neutralidad trmica. Los resultados, mostrados en el diagrama, muestran que una diferencia temperatura del aire de 3 entre la C cabeza y los pies provocaron un 5 % de insatisfechos. La norma ISO 7730 ha tomado estos 3 C como el lmite aceptable para una persona sentada con una actividad sedentaria. Cuando se mida la diferencia de temperatura del aire es importante usar un transductor protegido de la radiacin trmica. Esto asegura que se mida la temperatura de aire y no una combinacin indefinida de temperatura del aire y temperatura radiante. La Diferencia Vertical de Temperatura del Aire se expresa como la diferencia entre la Temperatura de Aire al nivel del tobillo y al nivel de cuello.

Temperatura del SueloDebido al contacto de los pies en el suelo, se puede producir un malestar local en los pies ocasionado por una temperatura del suelo demasiado alta o baja. Hablar de incomodidad trmica ocasionada por la temperatura de piso es



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incorrecto, ya que el malestar est causado por la prdida de calor de los pies. Esta prdida de calor depende, adems de la temperatura del piso, de parmetros tales como la conductividad y la capacidad trmica del material del piso, y tambin del tipo de calzado. Esta diferencia de conductividad y capacidad trmica hace que los pisos de corcho se sientan clidos al tacto, mientras que los pisos de mrmol se sientan fros. Si la gente utiliza "calzado normal de interior", el material de piso no tiene mucha importancia, y es posible establecer algunos niveles de comodidad para esta situacin "normal". La norma ISO 7730 establece el nivel de comodidad aceptable para actividades sedentarias en un 10% de personas insatisfechas. Esto se traduce en un rango de Temperaturas del Suelo aceptables entre 19 y 29 C C. Las recomendaciones para personas descalzas son bastante diferentes. Las temperaturas optimas en un cuarto de bao son de 29 para un suelo de C mrmol y de 26 para un revestimiento plstico sobre la madera. C

Cmo se realiza la medicin de un puesto de trabajo.Dnde se deben poner los sensores para medir el lugar ocupado por una persona?. En la figura se muestran las posiciones tpicas para personas sentadas y de pi. En general, los sensores se deberan poner en el centro de gravedad de la persona, excepto cuando se mida la Diferencia Vertical de Temperatura del Aire y las Corrientes de aire, que deben hacerse al nivel del cuello y del tobillo. Segn el mtodo elegido para medir la Prdida de Calor Seco (H) se necesitan uno, dos o tres sensores. Las opciones son:Un sensor de Prdida de Calor Seco.

Un sensor de Temperatura Operativa y un sensor de Velocidad del Aire. Un sensor de Temperatura Radiante, de Temperatura del Aire y de Velocidad del Aire.

La norma ISO 7730 propone las siguientes condiciones de comodidad trmica para un lugar ocupado por una persona realizando una actividad sedentaria:-0.5 < PMV < +0.5



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DR < 15% en el cuello y el tobillo.

Diferencia Vertical de Temperatura del Aire entre el cuello y el tobillo menor de 3 C. Asimetra de Temperatura Radiante por ventanas fras menor de 10 C. Asimetra de Temperatura Radiante por techos calientes menor de 5 C. Temperatura del Suelo entre 19 y 29 C C. Humedad Relativa entre 30% y 70%.

Cmo se evala la Calidad Trmica de un localPara evaluar una habitacin con varios puestos de trabajo, con un sistema de acondicionamiento ambiental comn, se deben realizar los siguientes pasos: 1. Uniformidad del ambiente trmico en el rea de trabajo: Se puede evaluar midiendo el ndice PMV en varios puestos de trabajo simultneamente. Se deben elegir los lugares que se prevean ms clidos y fros, y otro en el centro del local. del sistema de 2. Capacidad acondicionamiento para mantener un ambiental trmico estable: Las variaciones del ambiente trmico se



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analizan registrando los valores PMV durante un tiempo. 3. Riesgo de malestar trmico local en puestos de trabajo. Se deben medir todos los puestos de trabajo, uno tras otro, tal como se describe en el apartado anterior. En aquellos locales donde no se puedan prever los puestos de trabajo, los puntos de medida se deberan poner separados al menos 0.6 m de paredes o aparatos fijos de calefaccin o climatizacin. El clculo del ndice PMV deber hacerse con los valores de actividad y ropa que sean razonables para el local en cuestin.

Bibliografa recomendada.1. P.O. Fanger, Thermal Comfort, McGraw-Hill Book Company 1972. 2. ISO 7730, Moderate Thermal Environments - Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort, 1995. 3. ISO 7726, Thermal Environment - Instruments and method for measuring physical quantities, 1985. 4. ISO/DIS 13731, Ergonomics of the Thermal Environment - Definition and units, February 1996. 5. ISO 8996, Ergonomics - Determination of Metabolic Heat Production, 1990. 6. ISO 9920, Ergonomics of the Thermal Environment - Estimation of the thermal insulation and evaporative resistance of a clothing ensemble, 1995. 7. ASHRAE handbook Fundamentals, American Society of Heating and Air Conditioning Engineers, Atlanta 1993. 8. B.W. Olesen, Thermal Comfort Requirement for Floors Occupied by People with Bare Feet, ASHRAE Trans., Vol. 83 Part 2, 1977. 9. E.A. McCullough, B.W. Olesen and S. Hong, Thermal Insulation Provided by Chairs, ASHRAE Transactions 1994. 10. P.O. Fanger, A.K. Melikov, H. Hanzawa and J. Ring. Air Turbulence and Sensation of Draught. Energy and Building 12(1988) 21-39, Elsevier Amsterdam 1988. 11. D.A. McIntyre, Indoor Climate, Applied Science publishers LTD, London 1980



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12. T.H. Benzinger, The Physiological Basis for Thermal Comfort, Proceedings of the First International Indoor Climate Symposium, Danish Building Research Institute, Copenhagen 1979.

(ISO = International Organization for Standardization, Geneva)

APNDICES

Apndice A: Clculo de la Prdida de Calor Seco HPrdida de Calor Seco H en funcin de la Temperatura Radiante Media:

Tambin, H en funcin de la Temperatura Operativa:

Tambin, H en funcin de la Temperatura Equivalente:

Otra ecuacin para H es:

Cuando las ecuaciones 1 y 2 se combinan, Tcl se puede despejar:



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Tambin, Tcl en funcin de la Temperatura Operativa:

Tambin, Tcl en funcin de la Temperatura Equivalente:

Donde:



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El clculo de Tcl es un proceso iterativo, mientras que el clculo de H es mas directo.

Estas ecuacines se ha elaborado de acuerdo a la norma ISO 7730 [ref. 2]

Apndice B: Ecuaciones de Balance de Calor, Comodidad y PMVEcuacin de Balance de Calor para el cuerpo humano:

Ecuacin de Comodidad:

Ecuacin del Voto Medio Previsto PMV:

Ecuacin de Porcentaje de Personas Disconformes PPD:

Procedimiento para calcular los parmetros de las anteriores ecuaciones:



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H se puede medir directamente utilizando un sensor de Prdida de Calor Seco, o calculado segn las ecuaciones del apendice A.

Esw y tsk en la ecuacin de balance de calor deben ser medidos. El trabajo externo W debe ser igual a 0 en la mayora de los casos. Estas ecuaciones se ha elaborado de acuerdo con Fanger [ref. 1] y a la norma ISO 7730 [ref. 2]. En las ecuaciones de Comodidad y PMV, la respuesta fisiolgica del sistema termorregulador se ha relacionado estadsticamente con los votos de sensacin trmica obtenidos en experimentos con mas de 1300 personas.

Apndice C: Tabla de Niveles Metablicos - MetNota: 1 Met = 58.2 W/ m2 Niveles Metablicos (M) de las siguientes Actividades: Acostado Sentado relajado W/m2 Met 46 0.8 58 1.0



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Trabajo de relojero De pi, relajado Actividad sedentaria: oficina, vivienda, escuela. Conduciendo un automvil Profesin grfica, encuadernador De pi, actividad ligera: comprando, industria ligera. Profesor Trabajo domstico: afeitarse, lavarse, vestirse. Caminando horizontal 2 Km/h De pi, actividad media: vendedor, trabajo domestico. Construccin, colocando bloques de 15 Kg De pi, lavando platos Trabajo domstico: rastrillando hojas sobre el cesped. Trabajo domstico: lavando a mano y planchando. (120-220 W/m2) Construccin: hormigonando con un vibrador neumtico Construccin: encofrando. Caminando en horizontal 5 Km/h Forestal: cortando monte con una sierra mecnica Agricultura: arando con un tiro de animales Construccin: cargando una carretilla con piedras Deporte: patinando sobre hielo 18 Km/h Agricultura: cavando con una pala (24 golpes/minuto) Deporte: esquiando en horizontal 9 Km/h Forestal: trabajando con un hacha de 2 Kg (33 golpes/minuto) Deporte: corriendo a 15 Km/h

65 70 70 80 85 93 95 100 110 116 125 145 170 170 175 180 200 205 235 275 360 380 405 500 550

1.1 1.2 1.2 1.4 1.5 1.6 1.6 1.7 1.9 2.0 2.2 2,5 2.9 2.9 3.0 3.1 3.4 3.5 4.0 4.7 6.2 6.5 7.0 8.6 9.5



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Apndice D: Tabla de Niveles de Ropa - CloNota: 1 Clo = 0.155 m2 C/WPrendas de vestir

Ropa interior inferior Medias Panty Bragas y calzoncillos Calzoncillo 1/2 pierna de lana Calzoncillo pierna entera Sujetador Ropa interior superior Camiseta sin mangas Camiseta manga corta Camiseta manga larga Camiseta trmica nylon Top de tubo Camisas Camisa manga corta Blusa ligera, manga larga Camisa ligera, manga larga Camisa normal, manga larga Camisa franela, manga larga Blusa larga de cuello de cisne Pantalones cortos Pantalones Pantalones cortos de excursin Pantalones ligeros Pantalones normales Pantalones de franela Pantalones de chandal De diario, con cinturn Mono De trabajo De alto aislamiento Multicomponente, relleno Con forro de peluche

Iclu Clo 0.02 0.03 0.04 0.06 0.10 0.01 0.06 0.09 0.12 0.14 0.06 0.09 0.15 0.20 0.25 0.30 0.34 0.06 0.11 0.20 0.25 0.28 0.28 0.49 0.50 1.03 1.13

m2 C/W 0.003 0.005 0.006 0.009 0.016 0.002 0.009 0.014 0.019 0.022 0.009 0.029 0.023 0.031 0.039 0.047 0.053 0.009 0.017 0.031 0.039 0.043 0.043 0.076 0.078 0.160 0.175



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Suter

Chaqueta

Abrigos

calzado

Falda, vestido

Ropa de cama

Batas

Chaleco Suter fino Suter fino cuello de cisne Suter normal Suter grueso Suter grueso cuello de cisne De vestido Chaqueta ligera de verano Chaqueta Anorak Abrigo Gabardina Parka Sobreabrigo multicomponente Calcetines Calcetines gruesos tobillos Calcetines gruesos largos Zapatilla, rellena de peluche Zapato suela fina Zapato suela gruesa Botas Guantes Falda ligera, 15 cm sobre rodilla Falda ligera, 15 cm bajo rodilla Falda gruesa hasta la rodilla Vestido ligero sin mangas Vestido de invierno manga larga Camisn largo de manga larga Camisn corto de tirantes Camisn de hospital Pijama de mangas y pantalones largos Body de dormir con pies Pantaln corto Bata larga acolchada de manga larga

0.12 0.2 0.26 0.28 0.35 0.37 0.13 0.25 0.35 0.30 0.60 0.55 0.70 0.52 0.02 0.05 0.10 0.03 0.02 0.04 0.10 0.05 0.10 0.18 0.25 0.25 0.40 0.30 0.15 0.31 0.50 0.72 0.10 0.53

0.019 0.031 0.040 0.043 0.054 0.057 0.020 0.039 0.054 0.047 0.093 0.085 0.109 0.081 0.003 0.008 0.016 0.005 0.003 0.006 0.016 0.008 0.016 0.028 0.039 0.039 0.062 0.047 0.023 0.048 0.078 0.112 0.016 0.082



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Asientos

Bata corta acolchada de manga larga Madera o metal tapizado, acolchado, con cojn Silln Aislamiento para la ropa entera:

0.41 0.00 0.10 0.20

0.064 0.000 0.016 0.032

Apndice E: Clculo de la Temperatura Radiante Media:Ecuacin para calcular la Temperatura Media Radiante a partir de la Temperatura de Aire y de Globo:

La siguiente ecuacin se puede utilizar para calcular el coeficiente de transferencia de calor:



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Para un Termmetro de Globo:

Para un sensor de Temperatura Operativa (elipsoie gris de 160mm x 54mm dimetro):

Temperatura Radiante Media estimada a partir de valores medidos de Temperatura Radiante Plana: La TRM se puede calcular con un buen grado de precisin a partir de 6 medidas de Temperatura Radiante Plana. Para una persona sentada la ecuacin sera:

Para una persona de pi sera:

Apndice F: Calculo de la Temperatura Radiante Planafile://C:\Documents%20and%20Settings\JRosendahl\Desktop\A_2_7_ %20Comodidad%... 17-01-2003


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y Temperatura Operativa:La siguiente ecuacin se puede utilizar para calcular la Temperatura Radiante Plana:

ti es la temperatura de la superficie n i [ C]

Fpl-i es el coeficiente angular entre una pequea superficie y la superficie i.

Clculo de la Temperatura Operativa: La siguiente ecuacin simplificada ofrece una precisin razonable:

Ecuacin procedente de la referencia [2]



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Nomenclatura:Ancho de una superficie rectangular [m] ADu Area DuBois. Superficie de un cuerpo humano desnudo, [m2] calculado con la frmula de DuBois. Ai Area de una superfice plana. [m2]a

Ar

rea efectiva radiante de un cuerpo. Superficie que intercambia energa radiante con el entorno, con un ngulo slido de 4p stereoradianes. Es inferior a la superficie real de un cuerpo debido a que la piel no es una superficie convexa. b Largo de una superficie rectangular c Distancia entre dos superficies. Cres Intercambio de calor de conveccin por respiracin D Dimetro del sensor de temperatura de globo DR Porcentaje de personas incmodad por corrientes de aire (Draught Rate). E Intercambio de calor por evaporacin en la piel. Ec

[m2]

[m] [m] [W/m2] [m] [%] [W/m2]

Intercambio de calor por evaporacin en la piel cmodo, cuando [W/m2] la persona tiene una sensacin trmica neutra. Eres Intercambio de calor por evaporacin por respiracin [W/m2] Esw Intercambio de calor por evaporacin en la piel. [W/m2] ET* Temperatura Efectiva (* = nueva definicin) [ C] fcl Coeficiente de rea vestida. Razn entre el rea vestida y el rea total de un cuerpo desnudo. Fp-i Coeficiente angular entre la persona y la superficie i. Se define como la fraccin de la energa radiante difusa que abandona el cuerpo e incide directamente sobre la superficie i. Fpl-i Coeficiente angular entre un pequeo plano y la superficie i. Se define como la fraccin de la energa radiante difusa que abandona el pequeo plano e incide directamente sobre la superficie i. hc Coeficiente de transferencia de calor por conveccin. [W/m2/ C] hc,eq Coeficiente de transferencia de calor por conveccin con el aire [W/m2/ en reposo. C] Coeficiente de transferencia de calor por conveccin para un



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hcg hr H Icl Iclu Kcl M pa p a

globo (elipsoide). Coeficiente de transferencia de calor por radiacin

[W/m2/ C] [W/m2/ C]

Perdido de Calor Seco. Calor perdido por un cuerpo por [W/m2] conveccin, radiacin y conduccin. Aislamiento de la Ropa. Es el valor promedio que incluye las [m2 partes desnudas del cuerpo. C/W] Aislamiento de prenda de vestir. Expresado como incremento de [m2 aislamiento debido a una prenda de vestir. C/W] Flujo de calor por conduccin a travs de la ropa. [W/m2] Nivel Metablico. Cantidad de energa qumica transformada en [W/m2] calor y trabajo mecnico por actividades aerbicas y anaerobias en el cuerpo. Humedad. Presin parcial de vapor en el aire. [Pa] Humedad en un local imaginario. [Pa]

PMV Voto Medio Previsto (Predicted Mean Vote), de un grupo de personas en una escala de sensacin trmica de 7 puntos. PPD Porcentaje Previsto de Disconformes (Predicted Percentage of [%] Dissatisfied), de un grupo de personas que estn sintiendo demasiado calor o fro. q Intercambio de calor entre el cuerpo y su entorno. [W/m2] q Intercambio de calor entre el cuerpo y su entorno en un local [W/m2] imaginario. R Intercambio de calor radiante. [W/m2] R RH SD ta t a tco tcl Intercambio de calor radiante en un local imaginario. Humedad Relativa Desviacin estndar de la velocidad del aire. Temperatura del aire. Temperatura del aire de un local imaginario. [W/m2] [%] [m/s] [ C] [ C]

Temperatura de Comodidad. La Temperatura Equivalente a la [ C] cual una persona experimenta una sensacin trmica neutra. Temperatura de la superficie de la ropa. [ C] Temperatura Equivalente. [ C]



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teq tg ti to tr t r tpr tsk Tu va v a var W e s Temperatura de Globo. Temperatura de la superficie i. Temperatura Operativa. Temperatura Radiante Media. Temperatura Radiante Media en un local imaginario Temperatura Radiante Plana. Temperatura media de la piel. Intensidad de la turbulencia. Velocidad media del aire en un punto. Velocidad media del aire en un punto de un local imaginario [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [ C] [%] [m/s] [m/s]

D tpr Asimetra de Temperatura Radiante.

Velocidad Relativa Media del Aire en los ocupantes, incluyendo [m/s] los movimientos del cuerpo. Potencia mecnica efectiva. [W/m2] Coeficiente de Emisin de la superficie del cuerpo, expresada como una fraccin de la emisividad de un Cuerpo Negro. Constante de Stefan-Boltzmann (5.67 * 10-8) [W/m2/ K4 ]

Notas de la edicin: Este manual es una traduccin de la obra con titulo original: "Thermal Comfort", cuyo autores Bjrn Kvisgaard, y ha sido publicada en Internet por INNOVA Air Tech Instruments A/S, Denmark [Brel &Kjr], Copyright 1997 [http://www.innova.dk/books/thermal/thermal.htm]. Tambin se ha publicado en papel y se puede solicitar a las siguientes direcciones: INNOVA Air Tech Instruments A/S, Energivej 30, DK-2750 Ballerup, Denmark. Tel.: +45 4420 0111. Fax: +445 4420 0101. Email: [email protected]. http://www.innova.dk/ Delegaciones en Espaa:



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Sistemas Instalaciones y Redes S.A.. Avenida de la Industria, 3. Tres Cantos. 28760 Madrid. Tel.: +34 91 803 66 02. Fax: +34 91 803 64 33. Email: [email protected]. http://www.sirsa.es/ Spectris Espaa, S.A. Arturo Soria 104, Bruel & Kjer Division. 28027 Madrid VAT ESA 08349649. Spain Mr. Harald Aagesen. e-mail: [email protected] El editor agradece la autorizacin de INNOVA Air Tech Instruments para su traduccin, con fines educativos, y difusin por Internet. Manuel Martn Monroy, edicin y traduccin 2000. Dto. de Construccin Arquitectnica. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria. Campus Universitario Tafira. Edificio Arquitectura. 35017. Las Palmas GC. Espaa. Tel.: +34 928 451387. Fax: +34 928 451365. Email: [email protected]. El Edificio: Editorial Electrnica de Construccin: http://editorial.cda.ulpgc.es/ambiente/

El Edificio & Manuel M. Monroy. 1997 - Email - Actualizado el 06/03/01


Thermal Comfort Booklet Spanish[1]

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