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• Marco Ordoñez

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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

MAESTRÍA EN EFICIENCIA ENERGÉTICA

EFICIENCIA ENERGÉTICA EN EDIFICACIONES Abril 06-07, 2015

CONFORT TÉRMICO Ing. Carlos Naranjo Mendoza, M.Eng

Agenda Qué es el confort térmico?

1. 1. 2. 3.

Fisiología Variables que afectan al confort térmico Temperatura operativa

Normativa de confort térmico

2. 1. 2.

ASHRAE 55 ISO 7730

Confort térmico adaptativo

3. 1. 2.

Según ASHRAE 55 Según otras normativas

Calidad del aire

4. 1. 2.

Síndrome del edificio enfermo Contaminantes del aire

Agenda Qué es el confort térmico?

1. 1. 2. 3.

Fisiología Variables que afectan al confort térmico Temperatura operativa

Normativa de confort térmico

2. 1. 2.

ASHRAE 55 ISO 7730

Confort térmico adaptativo

3. 1. 2.

Según ASHRAE 55 Según otras normativas

Calidad del aires

4. 1. 2.

Síndrome del edificio enfermo Contaminantes del aire

Qué es el confort térmico?: Fisiología El confort térmico depende de varios fenómenos complejos muy objetivos, pero también de percepciones muy subjetivas. Los profesionales en climatización necesitan condiciones de diseño objetivas que aseguren aceptabilidad por la mayoría de los ocupantes. La base física del confort térmico de una persona se basa en el balance de calor de su cuerpo con el medio ambiente: conducción, convección, radiación, evaporización, respiración. Temperatura media del cuerpo humano 36.7°C

Qué es el confort térmico?: Fisiología El calor producido por el metabolismo del cuerpo humano debe ser disipado al ambiente. Si la tasa de intercambio de calor es mayor que la tasa de producción de calor el cuerpo se enfría, si es menor el cuerpo se calienta. Problema complejo que incluye transferencia de calor en estado transitorio. Existen estándares que facilitan esta tarea.

Qué es el confort térmico?: Fisiología La producción total de energía del cuerpo humano esta representada por: Ask representa la superficie de la piel M representa la tasa de producción metabólica del cuerpo humano expresado por área en unidades de met

Jesus Soto, Tasa de actividad metabólica

Qué es el confort térmico?: Fisiología Ejemplo: considerando una actividad ligera de oficina cuál es la producción de energía de una persona promedio?

La mayoría de actividades interiores en edificios de oficina tienen una producción de energía entre 90 y 120 W (por persona). Para simplificar cálculos se considera que toda la producción de energía se transfiere al ambiente. Temperatura del cuerpo se asume constante.

Qué es el confort térmico?: Variables Los parámetros más importantes para definir un ambiente son: •Temperatura seca del aire •Temperatura media radiante •Humedad del aire •Velocidad del aire •Vestimenta •Actividad Estos parámetros (a excepción de la actividad) pueden ser modificados para mantener confort térmico a un menor consumo energético posible. •Variar temperaturas de consigna de los sistemas para calefacción y para refrigeración

Qué es el confort térmico?: Variables Temperatura seca del aire: medida en los lugares de ocupación Temperatura media radiante: temperatura superficial que influye en un punto dado

Humedad del aire: humedad relativa, temperatura bulbo húmedo Velocidad del aire: 0.2 m/s (espacios sin ventilación natural)1 Vestimenta: unidad de medida clo, desde 0.5 (verano) a 1 (invierno) Actividad: tasa metabólica 1ASHRAE

55 std, Thermal Environmental conditions for human occupancy, 2004

Qué es el confort térmico?: Temperatura operativa La temperatura operativa es la que define los rangos aceptables de confort para valores dados de humedad, velocidad del aire, actividad y vestimenta. La temperatura operativa considera la combinación de la temperatura del aire y temperatura media radiante a la cual se puede mantener confort térmico. Para actividades de oficina en interior se reduce a: hrad= 4.7 W/m2°C hcon= puede variar entre 4 y 14 W/m2°C dependiendo de la velocidad del aire y la actividad.1 1ASHRAE, Handbook

of fundamentals, Chapter 9: Thermal Confort

Agenda Qué es el confort térmico?

1. 1. 2. 3.

Fisiología Variables que afectan al confort térmico Temperatura operativa

Normativa de confort térmico

2. 1. 2.

ASHRAE 55 ISO 7730

Confort térmico adaptativo

3. 1. 2.

Según ASHRAE 55 Según otras normativas

Calidad del aires

4. 1. 2.

Síndrome del edificio enfermo Contaminantes del aire

Normativa de confort térmico Sirven para definir parámetros aplicados al confort térmico de las personas en un ambiente interior. Los parámetros incluyen: •Rangos aceptables de confort térmico •Rangos de aceptabilidad de los ocupantes •Modelos adaptativos de confort térmico •Medición de parámetros, entre otros. Dos normas son comúnmente empleadas: ASHRAE 55 e ISO 7730

Normativa de confort térmico ASHRAE 55: Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy Combina factores térmicos interiores con factores personales para evaluar condiciones térmicas aceptables para la mayoría de los ocupantes. Factores térmicos: temperatura operativa, humedad relativa, velocidad del viento Factores personales: actividad, nivel de arropamiento Altitud máxima: 3000 msnm Tiempo: mayor a 15 minutos

Normativa de confort térmico Para una velocidad del aire de 0.2 m/s Límites de clo de 0.5 y 1 Índice de humedad: masa de vapor de agua sobre masa de aire seco, 0.012 Met: 1 a 1.3

ASHRAE 55 std, Thermal Environmental conditions for human occupancy, 2004

Normativa de confort térmico Las temperaturas operativas mínimas y máximas pueden variar según el índice de arropamiento:

ASHRAE 55 std, Thermal Environmental conditions for human occupancy, 2004

Normativa de confort térmico Límites de humedad: La norma ASHRAE 55 define un único límite superior de índice de humedad de 0.012 No confundir índice humedad con humedad relativa. Índice de humedad es la masa de vapor de agua sobre masa de aire seco contenida en el aire interior No define un límite inferior de humedad, sin embargo a humedades muy bajas se pueden presentar problemas de confort referentes a resequedad de la piel, problemas nasales, etc. ASHRAE 55 std, Thermal Environmental conditions for human occupancy, 2004

Normativa de confort térmico Variación de la velocidad del aire:

Para clo entre 0.5 y 0.7 y actividad entre 1 y 1.3 met. ASHRAE 55 std, Thermal Environmental conditions for human occupancy, 2004

Normativa de confort térmico ISO 7730: Ergonomics of the thermal environment Describe métodos de predicción general de sensación térmica y grado de disconfort para ambientes térmicos moderados. Indica modelos analíticos para determinar el confort y disconfort a través de los índices de voto medio predicho (PMV) y de porcentaje de personas no satisfechas (PPD). Muestra la variación de estos índices en función de varios parámetros térmicos como: estratificación del aire, pisos fríos y calientes, etc.

Normativa de confort térmico Voto medio predicho PMV (Predicted mean Vote)

Porcentaje de personas no satisfechas PPD (Predicted percentage dissatisfied)

+3 Muy caliente +2 Caliente +1 Poco caliente 0 Neutro -1 Poco frío -2 Frío -3 Muy frío

No se puede encontrar satisfacción para el 100% de los ocupantes ISO, E. 7730: 2006. Ergonomics of the thermal environment—analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria.

Normativa de confort térmico Variación vertical de la temperatura

ISO, E. 7730: 2006. Ergonomics of the thermal environment—analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria.

Normativa de confort térmico Variación de la temperatura del suelo

ISO, E. 7730: 2006. Ergonomics of the thermal environment—analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria.

Agenda Qué es el confort térmico?

1. 1. 2. 3.

Fisiología Variables que afectan al confort térmico Temperatura operativa

Normativa de confort térmico

2. 1. 2.

ASHRAE 55 ISO 7730

Confort térmico adaptativo

3. 1. 2.

Según ASHRAE 55 Según otras normativas

Calidad del aires

4. 1. 2.

Síndrome del edificio enfermo Contaminantes del aire

Confort térmico adaptativo Las personas tienden a adaptarse a rangos de confort más extendidos en climas cálidos y fríos. Usan diferentes formas de adaptación: arropamiento, ventanas y puertas operables, el cuerpo humano se adapta, etc. Ejemplos de esto: personas que viven en la costa y en la sierra o altas montañas. Las personas suelen adaptarse a condiciones más extremas. En países en desarrollo el rango se extiende aún más.

Confort térmico adaptativo Espacios naturalmente ventilados según ASHRAE 55

ASHRAE 55 std, Thermal Environmental conditions for human occupancy, 2004

Confort térmico adaptativo Según norma ISO 7730, ISSO74 y EN15251

Agenda Qué es el confort térmico?

1. 1. 2. 3.

Fisiología Variables que afectan al confort térmico Temperatura operativa

Normativa de confort térmico

2. 1. 2.

ASHRAE 55 ISO 7730

Confort térmico adaptativo

3. 1. 2.

Según ASHRAE 55 Según otras normativas

Calidad del aire

4. 1. 2.

Síndrome del edificio enfermo Contaminantes del aire

Calidad del aire Síndrome del edificio enfermo (SBS) Ocupantes de edificios presentan síntomas de enfermedad, generalmente más del 20% de los ocupantes. Contaminantes en el aire que no pueden ser evacuados con facilidad. Generalmente en edificios que tienen sistemas centralizados de aire acondicionado y que son herméticos. Olores que generan malestar en los ocupantes. Los síntomas no se presentan en otros ambientes fuera del edificio enfermo.

Calidad del aire La calidad del aire es primordial no solo por el confort de los usuarios sino también para asegurar la salud y productividad de los mismos. Usualmente, una cantidad mínima de aire fresco es lo único necesario para garantizar la calidad del aire. ASHRAE 62, define límites máximos aceptables de contaminantes de aire. Dióxido de carbono CO2: producto del metabolismo, se recomienda que no sea 700 ppm más que la concentración exterior (350 ppm promedio)

Calidad del aire Monóxido de carbono CO: producto de una combustión incompleta, afecta a la hemoglobina. Máximo 9 partes por millón durante 8 horas. Dióxido de sulfuro SO2: producto de la combustión de carbón o diesel, afecta al sistema respiratorio. Para mantener la calidad del aire la ASHRAE recomienda una cantidad de aire fresco mínimo de 15 pies cúbicos por minuto (cfm) por persona en zonas de oficinas. Estos rangos vrían según la utilidad de la zona: 20 cfm en salas de conferencia y comedores 50 cfm en lugares públicos, baños 60 cfm en salas de fumadores Control puede hacerse según la concentración de CO2

Bibliografía •

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Handbook, ASHRAE Fundamentals. "American society of heating, refrigerating and air-conditioning engineers." Atlanta, GA (2009). Standard, ASHRAE "55: Thermal environmental conditions for human occupancy." American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Atlanta (2004). ISO, E. 7730: 2006. Ergonomics of the thermal environment— analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria. EN, C. (2007). 15251-2007, Criteria for the indoor environment including thermal, indoor air quality, light and noise. Brussels: European Committee for Standardization. Kreider, Jan F., Peter Curtiss, and Ari Rabl. Heating and cooling of buildings: design for efficiency. New York: McGraw-Hill, 2010.

Bibliografía •

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Boerstra, A. C., van Hoof, J., & van Weele, A. M. A New Hybrid Thermal Comfort Guideline for the Netherlands (ISSO 74: 2014). Parsons, K. C. (2001). Introduction to thermal comfort standards. InProceedings of the Windsor Conference 2001: Moving Thermal Comfort Standards into the 21st Century (pp. 19-30). http://smap.cbe.berkeley.edu/comforttool/ Berenguer, M. J. (1990). Síndrome del edificio enfermo: factores de riesgo.NTP-289. INSHT, Madrid. Sourbron, M., & Helsen, L. (2010). Identifying appropriate thermal comfort criteria for buildings equipped with thermally active building systems (TABS). In10th REHVA WORLD CONGRESS" Sustainable Energy Use in Buildings".

Superficie de la piel según DuBois (1916)