Confort, bienestar térmico y metabolismo

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CONFORT, BIENESTAR TERMICO Y
METABOLISMO
(Ref. bibliográfica: reelaboración basada en Diseño Bioclimático de Viviendas – Collet L., Maristany A. –
1998 – Capitulo 2)
Mantener el equilibrio térmico entre el cuerpo humano y su entorno es una de las principales
exigencias para la salud, el bienestar y el confort. Las condiciones en las cuales se obtiene
ese equilibrio, depende de la conjugación de varios factores. Algunos de estos factores
son de orden individual como la actividad, la vestimenta, etc. y otros son factores ambientales
como la temperatura del aire, la radiación, la humedad y los movimientos del aire.
El cuerpo produce energía a partir de los alimentos que consume, es el proceso metabólico,
la cantidad de energía que produce está relacionada con un porcentaje que depende de la
actividad. Cuando el cuerpo realiza un trabajo, parte de la energía es utilizada por el
trabajo mecánico y el resto se transforma en calor. Si la temperatura interior del cuerpo se
mantiene estable, esta producción de calor interna compensa las pérdidas y las ganancias
de calor desde y hacia el entorno. Cuando este equilibrio no se logra, la temperatura del
cuerpo aumenta o disminuye, según la pérdida de calor sea mayor o menor que la producción
de calor metabólico.
El intercambio de calor entre el cuerpo y su entorno, se produce, con el aire ambiente y las
superficies envolventes por convección y por radiación. Además el calor se disipa del cuerpo
por la evaporación de la transpiración y por el agua contenida en los pulmones.
FIG.82 – FACTORES QUE INFLUYEN EN EL INTERCAMBIO TERMICO DEL CUERPO HUMANO
CON EL ENTORNO http://www.energies-renouvelables.org/

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La fórmula general que describe el intercambio térmico entre el cuerpo y su entorno es:
M ± R ± C ± Cv - E = Q
Donde M es el metabolismo, R, C, Cv, y E son respectivamente los intercambios de calor
por radiación, conducción, convección y evaporación y Q es la modificación de contenido
calórico del cuerpo, que refleja las variaciones de la temperatura media del cuerpo.
R, C, Cv, y E son función, por un lado, de factores externos como, la temperatura, la velocidad
y la tensión de vapor del aire y la temperatura media radiante y, por otro lado, de la
temperatura y de la tensión de vapor de la piel. Las cantidades de radiación, de
conducción, de convección y de evaporación, pueden ser evaluadas utilizando
coeficientes deducidos de diversas experiencias fisiológicas.
CAPACIDAD AISLANTE DE LA ROPA
El intercambio térmico entre el cuerpo y su entorno es modificado por las propiedades de la
ropa que constituyen una envolvente secundaria.
La capacidad de aislación de la ropa está determinada por un valor de resistencia térmica
cuya unidad es el CLO.
VALORES DE UNIDADES CLO (CIBS GUIDE - 1970)
TIPO DE VESTIDO Unidades CLO
Desnudo 0.0
Pantalones cortos 0.1
Ropa Tropical Ordinaria 0.3
Ropa ligera de verano 0.5
Traje típico de negocios 1.0
Traje grueso con chaleco y
ropa interior de lana
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PRODUCCION DE CALOR METABOLICO
El metabolismo es el proceso por el que el alimento asimilado por el cuerpo se combina con el
oxígeno para generar la energía requerida para el funcionamiento de los distintos órganos del
cuerpo, tales como la contracción de los músculos durante un trabajo, la actividad
involuntaria de los órganos internos, circulación de la sangre, respiración, etc..
Cuando se realiza un trabajo, el metabolismo va en aumento, de manera de proveer la
energía necesaria para ese trabajo. Como el rendimiento del cuerpo, considerado como
una máquina, es bajo, la cantidad de energía producida por el cuerpo es mucho más
importante que la que sería estrictamente necesaria y el exceso se transforma en calor.
La relación del trabajo mecánico sobre la energía total producida por el cuerpo resultante
de una actividad, es definida como el rendimiento del trabajo mecánico. El rendimiento
depende del tipo de actividad. Para un nivel de actividad dado, el metabolismo depende de
la edad, sexo, del tamaño y del peso del cuerpo.

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En condiciones de reposo una persona de talla mediana (80 Kgs.) puede generar de 70 a 72
W/h y hasta 700 W/h con una fuerte actividad física. En la tabla siguiente se dan algunos
valores de la producción de energía metabólica para diversas actividades.
TABLA 4 - PRODUCCION DE ENERGIA METABOLICA
Actividad Watios
Dormir 70 min.
Sentado, movimiento moderado 130 – 160
De pie, trabajo ligero en máquina o banco de trabajo 160 .- 190
Sentado con brazos y piernas en movimiento 190 – 230
De pie trabajo moderado algún paseo 220 – 290
Andando levantamientos o empujes moderados 290 – 410
Levantamientos y excavaciones pesadas pero
intermitentes
440 – 580
Trabajo duro sostenido 580 – 700
Trabajo pesado máximo 30 minutos de duración 1100 máx.
(valores medios de datos publicados de diversas fuentes)
EFECTO DE LOS FACTORES AMBIENTALES SOBRE EL HOMBRE
El confort térmico depende de seis parámetros o factores ambientales:
- Temperatura del aire
- Temperatura media radiante
- Velocidad del aire
- Humedad
- Metabolismo
- Vestimenta
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TEMPERATURA DEL AIRE Y TEMPERATURA MEDIA RADIANTE
La temperatura del aire ambiente y la temperatura media radiante de una envolvente
homogénea afectan el intercambio de calor de un cuerpo por convección y radiación. El nivel
de este intercambio de calor depende de la velocidad del aire y de la ropa.
Bajo condiciones constantes de tensión de vapor de agua y de velocidad del aire, el
cuerpo reacciona a un aumento de la temperatura ambiente principalmente por una elevación
de la temperatura de la piel y del nivel de sudoración. El grado de elevación depende del nivel
de humedad y de la velocidad del aire.
Subjetivamente, la modificación de la temperatura ambiente altera la sensación de calor
(sensación térmica) cuando el nivel de humedad es elevado y la velocidad de aire baja; la
sensación de humedad de la piel (transpiración sensible) aumenta igualmente con la
temperatura ambiente, pero en condiciones de baja humedad y velocidades del aire
elevadas, la piel puede secarse con temperaturas altas a pesar del aumento del nivel de
sudoración.
HUMEDAD
La humedad del aire no afecta directamente la carga de calor cerca del cuerpo, pero
determina la capacidad evaporativa del aire y por lo tanto la eficacia de refrescamiento del
sudor. En condiciones extremas de calor el nivel de humedad fija los límites de la duración
de la tolerancia a una restricción de la evaporación total de la sudoración.
La humedad del aire puede expresarse de diversas formas: en términos de humedad relativa,
humedad absoluta, humedad específica o de tensión de vapor de agua. La capacidad
evaporativa del aire está determinada por la diferencia entre la tensión de vapor de agua de
la piel y la del aire ambiente.
Cuando la relación del nivel de producción de sudor sobre la capacidad evaporativa del
aire tiende a un valor tal que el sudor no puede ser totalmente evaporado se deposita sobre
la superficie de la piel, formando una capa líquida.
De esta manera la evaporación requerida puede ser obtenida mediante la regulación de la
diferencia de tensión de vapor de agua. A un determinado nivel de humedad, toda la
evaporación se produce sobre la superficie de la piel. A un nivel límite, el nivel de
evaporación es igual al nivel de sudoración pero puede aparecer el inconfort producido por la
sensación de humedecimiento leve de la piel.
Para temperaturas del aire comprendidas entre los 20 y los 25oC, el nivel de humedad no
afecta en forma importante las reacciones fisiológicas ni las respuestas sensoriales, y
las variaciones de humedad relativa comprendidas entre 30 y 80% son practicamente
imperceptibles.
En temperaturas superiores a los 25oC la influencia de la humedad sobre la respuesta del
organismo comienzan gradualmente a aparecer, especialmente los efectos sobre la
humedad de la piel, sobre la temperatura cutánea y a mayores temperaturas sobre el
nivel de sudoración.

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El aumento de la velocidad del aire compensa los efectos de la humedad. Por otro lado, un
ambiente frío y húmedo provoca disconfort y aumento de las posibilidades de contraer
enfermedades.
VELOCIDAD DEL AIRE
La velocidad del aire afecta al cuerpo humano de dos maneras diferentes. Primero,
determina el intercambio de calor convectivo del cuerpo y luego, afecta la capacidad
evaporativa del aire y en consecuencia influye en el rendimiento de la sudoración. Los
efectos de la velocidad y de la temperatura del aire sobre los intercambios de calor están
ligados, la convección es función de la velocidad y de la diferencia de temperatura entre la piel
y el aire. Los efectos de la velocidad del aire sobre la capacidad evaporativa están ligados
también a la humedad, un aumento de la velocidad del aire eleva la posibilidad de evaporación
y compensa los efectos de un nivel alto de humedad.
RADIACION SOLAR
Los efectos térmicos de la radiación solar dependen de la posición del cuerpo en relación al
sol, de la ropa, del albedo del entorno y de la velocidad del aire. La ropa intercepta la
radiación solar a una cierta distancia de la piel, y una parte del calor se disipa al entorno.
La proporción de calor disipado depende del color y la composición de la ropa y también
de la velocidad del aire.
El albedo, factor de reflexión, del terreno determina la cantidad de radiación solar de longitud
de onda corta que se refleja hacia el cuerpo desde el entorno y el calor radiante de longitud
de onda larga emitido por el terreno. El primer proceso es directamente proporcional al
albedo del terreno y el segundo es inversamente proporcional.
La velocidad del viento reduce la ganancia de calor desde la radiación solar y la magnitud
del efecto depende de la cantidad de ropa.
CONFORT TERMICO Y ARQUITECTURA
El procesamiento de información climática nos permite conocer el clima de manera precisa y
a partir de esto determinar pautas precisas de diseño relacionadas en forma directa al
clima del lugar. Se determinan las características del diseño en relación a la necesidad o no
de asoleamiento y en qué épocas, ventilación, empleo de diversos materiales de
construcción, etc.
A partir de los datos de temperatura y humedad, que son los que están mas íntimamente
relacionados con el confort humano, se puede acceder a algunos métodos que permiten
determinar estrategias generales de diseño relacionados con el confort. De estos métodos
veremos los diseñados por OLGYAY y por GIVONI.
METODO DE OLGYAY
Victor Olgyay propone un sistema basado en establecer una zona de confort térmico
relacionada a la temperatura del aire en grados centígrados (TBS) y la humedad relativa en
porcentaje (HR). La zona de confort se enmarca correlacionándola con la radiación solar,
el enfriamiento evaporativo, los límites donde son necesarias sombras y vientos para el
restablecimiento del confort.

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El diagrama propone estrategias para restablecer el confort como: la velocidad del aire, los
gramos de agua por kilo de aire seco, la potencia de radiación solar horaria necesaria, las
temperaturas medias radiantes del entorno, el ocultamiento del sol y los límites para ciertas
actividades.
El método de Olgyay fue el primer intento para relacionar las condiciones climáticas y el
diseño de viviendas. El procedimiento es muy limitado en lo que al análisis de necesidades
fisiológicas se refiere. Al partir de datos climatológicos exteriores es un método inapropiado
para espacios interiores que es lo que verdaderamente importa.
DIAGRAMA BIOCLIMATICO DE OLGYAY
METODO GIVONI
El método de Givoni está basado en el uso del diagrama psicrométrico sobre el cual se traza a
partir de valores de temperatura y humedad del aire los límites de la zona de confort, como
también áreas sobre las cuales se propone una serie de estrategias dirigidas a restablecer
el confort en el interior de los edificios construidos bajo esas condiciones climáticas.
El diagrama "A" muestra la zona de confort de verano (1) o zona neutra para individuos en
actitud sedentaria, o en reposo, en condiciones ambientales naturales y la zona de
condiciones soportables (2).

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DIAGRAMA "A" * GIVONI
EL diagrama "B" muestra la zona de condiciones en las cuales el confort es accesible
controlando solo las temperaturas interiores mediante la inercia térmica y en ausencia de
ventilación.(4).
DIAGRAMA "B" * GIVONI
Las condiciones en las cuales el confort se puede lograr utilizando la ventilación se indican en
el diagrama "C" (3).

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DIAGRAMA "C" * GIVONI
En el diagrama "D" se muestran para que circunstancias exteriores es necesaria la utilización
de un sistema de calefacción (pasivo) (7) y en cuales son viables los sistemas de enfriamiento
por evaporación (3).
DIAGRAMA "D" * GIVONI
También puede señalarse en este diagrama la influencia de la inercia térmica respecto de las
condiciones de enfriamiento. Es la zona comprendida entre el confort (1) y el límite de
calefacción (7).

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Los otros sectores fijados sobre el diagrama se corresponden con condiciones extremas donde
es imprescindible el uso de sistemas termo mecánicos de acondicionamiento: calefacción (8),
humidificación (6) y refrigeración (9).
Al ingresar al diagrama con los datos de temperatura y humedad, horaria, diaria o mensual,
obtendremos una posición en el diagrama que nos permite sacar conclusiones sobre el tipo de
estrategia a tomar en el diseño ambiental del edificio a fin de adaptarlo al medio climático
en el que se encuentra.
DIAGRAMA SINTESIS * GIVONI
Cada zona propone estrategias diferentes que podemos explicitar en forma sintética:
1. INERCIA TERMICA: A los materiales constructivos pesados con alta capacidad de
almacenar calor se los considera materiales de alta inercia térmica. El uso de este tipo de
materiales, al absorber calor en su masa y restituirlo mucho mas tarde, permite disminuir
las amplitudes de temperaturas interiores en el edificio, logrando que las temperaturas
máximas y mínimas se aproximen a las medias.
2. VENTILACION: La ventilación permite desalojar el aire caliente del interior de la vivienda
como el exceso de humedad. Es un recurso positivo en climas con humedad relativa alta.
En climas de altas temperaturas y secos este sistema es inútil pues el aire contribuye a
aumentar la sensación de disconfort.

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3. CALEFACCION SOLAR PASIVA: En esta zona se puede aprovechar el sol para elevar la
temperatura de la vivienda a niveles de confort. El edificio estará construído con todos los
recaudos necesario para la aplicación de estos sistemas de calefacción. El área toma como
límite una temperatura de 10oC, de todas maneras la aplicación de sistemas pasivos por
debajo de este valor es importante, pues permite reducir las necesidades de calefacción
convencional.
4. CALEFACCION CONVENCIONAL O SOLAR ACTIVA: En esta zona las condiciones
exteriores no son suficientes para alcanzar el confort, se necesita el auxilio de sistemas
tradicionales de calefacción o bien sistemas solares activos (colectores, etc.).
5. ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO: El agua tiene gran capacidad de absorber y retener calor,
en climas de temperaturas altas y baja humedad relativa, proporcionando agua al ambiente
por aspersión se disminuye la temperatura del aire seco y se aumenta la humedad. (fuente
árabe).
6. HUMIDIFICACION: La humidificación del aire se hace necesaria para temperaturas y
humedades menores a los 27oC y 20%. El ambiente extremadamente seco provoca
disconfort.