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S.09 Confort Humano
El documento describe las estrategias bioclimáticas para el confort humano. Explica los mecanismos de transferencia de calor como la conducción, convección y radiación, y cómo estas afectan el confort. También define el confort como la satisfacción con el medio ambiente, y explica que depende de factores como la temperatura, humedad, movimiento del aire y actividad humana. Finalmente, presenta herramientas para el análisis bioclimático como la carta de Olgyay y el diagrama psicrométrico.
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- 1. Estrategias Bioclimáticas para elConfort Humano
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- 3. Mecanismos de transferencia decalor Las estrategias de climatización se basan en el control de los flujos térmicos, por lo tanto se basan en las leyes de la termodinámica y en los mecanismos de transferencia de calor. Los mecanismos de transferencia de calor son tres: Conducción, Convección Radiación Aunque no es propiamente un mecanismo de transferencia de calor, también se presenta intercambio de energía en los cambios de fase de la materia. El caso que nos ocupa es el cambio de estado del agua, principalmente la evaporación
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- 6. ¿Qué es CONFORT? Estado físico y mental en el cual el hombre expresa satisfacción con el medio ambiente circundante (ASHRAE) Percepción del medio ambiente a través de la piel El hombre debe mantener una temperatura constante que se regula a través del metabolismo y se ve afectada por el ambiente exterior Metabolismo basal (esencial aún dormidos) Metabolismo muscular (afectado por la actividad) El hombre debe disipar el 80% del calor que produce su cuerpo a través de piel y pulmones American Society of Heating, Refrigerating and
- 7. Confort Humano y Arquitectura Confort térmico Lumínico Acústico Olfativo Psicológico
- 8. Confort Térmico Condicionesde satisfacción respecto a la temperatura y la humedad ambientales La zona de confort se define como el rango de condiciones climáticas donde la mayoría de las personas no sentirán disconfort por frío o calor
- 9. Temperatura delaire Humedad del aire Movimiento del aire Temperatura radiante MRT (radiación) Tasa metabólica (actividad) Nivel de arropamiento Factores que afectan la sensación térmica
- 10. Mecanismos de Regulacióntérmica
- 11. Mecanismos de adaptación alclima interior
- 12. Temperatura Neutra Temperaturaóptima del aire a la que el cuerpo humano disipa adecuadamente el calor generado por sus funciones Según Fórmula de Szokolay: Tn = 17.6 + 0.31 Tm ZC = Tn + 2.5ºC Tn – temperatura neutra Tm – temperatura media anual o mensual ZC – zona de confort Ciudad min Tn máx Toluca 18.9 21.4 23.9 México 19.8 22.3 24.8 Puebla 20.2 22.7 25.2 Hermosillo 22.6 25.1 27.6 Cuernavaca 21.6 24.1 26.6
- 13. Modelos de ConfortTérmico Considerar las relaciones entre el medio ambiente térmico y las sensaciones fisiológicas y psicológicas de las personas Modelos a partir del balance térmico del cuerpo en ambientes controlados (ecuación de Fanger) A partir de modelos de adaptación en situaciones reales en experimentos de campo
- 14. PMV: Voto mediopronosticado Índice que predice el nivel de confort que incluye: Actividad Vestido Cuatro parámetros ambientales
- 16. PPD: Porcentaje estimadode insatisfacción
- 17. Herramientas de Análisis Carta bioclimática – Olgyay / Arens / Szokolay Zona de confort y 4 estrategias de diseño bioclimático: calentamiento / control solar / ventilación natural / humidificación Diagrama Psicrométrico – Givoni /Szokolay Zona de confort y 7 estrategias de diseño sobre diagrama psicrométrico Triángulos de confort – Evans Temperatura vs oscilación térmica
- 18. Carta Bioclimática -Olgyay
- 19. Diagrama Psicrométrico Givoni -Szokolay
- 20. Triángulos de Confort- Evans
- 21. PA.04 Carta BioclimáticaOlgyay para Culiacán 1. Determinar temperatura neutra y ajustar la escala de la carta 2. Graficar 2 puntos para cada mes: Tmáx HRmín y Tmín HRmáx 3. Uniendo estos dos puntos, obtener el recorrido diario de un día normal de cada mes (usar colores diferentes) 4. Analizar la carta resultante para contestar las preguntas del cuestionario
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- 27. Carta Bioclimática -Olgyay 5.
- 28. Glosario 1. Tasa metabólica 2.Hipotálamo 3. Nivel de arropamiento 4. Psicrometría 5. Temperatura de bulbo seco / húmedo 6. Temperatura radiante 7. Humedad 8. Humedad Absoluta 9. Humedad Relativa
Notas del editor
- #3 La estrategia bioclimática más simple y lógica sería imitar estas soluciones ya probadaspor la naturaleza. De tal forma que en un clima frío lo adecuado sería una configuracióncompacta de la edificación; en un clima templado su configuración debería ser ligeramente alargada; en un clima cálido seco, una forma cerrada con patio central paratratar de crear un microclima interior y en un clima cálido húmedo una forma extendidapara propiciar la ventilación cruzada.El término “ estrategia ” se refiere a la definición de las acciones para la consecución deun fin, basadas en ciertas reglas, principios o directrices que ayuden a tomar lasdecisiones correctas. En el caso del diseño bioclimático, la toma de decisiones se basaen el análisis de las condicionantes ambientales, en principios termo físicos y en lautilización de herramientas metodológicas y diagramas que permitan establecer conclaridad las acciones de diseño a seguir.
- #4 Las estrategias de climatización se basan en el control de los flujos térmicos que se presentan en la edificación, por lo tanto se basan en las leyes de la termodinámica y enlos mecanismos de transferencia de calor. Los mecanismos de transferencia de calor son tres: Conducción, Convección y Radiación La conducción es en mecanismo de transferencia de calor que se presenta en lamateria sólida y se da por la transferencia de energía de molécula a molécula. Cuandouna molécula del material es excitada por medio de energía calorífica, esta energía seva transfiriendo a las moléculas adyacentes. Sin embargo, todos los materiales tienendistinta propiedades para conducir este calor. Hay materiales que lo conducen muyrápido (materiales conductores), otros que se resisten al paso del calor (materialesaislantes) y otros que lo almacenan y lo van transfiriendo al medio ambiente poco apoco (materiales masivos). Por otra parte, la convección es el mecanismo de transferencia que se da en lo fluidos,ya sea líquidos o gases. Este intercambio térmico se logra con base en el movimiento ocirculación del fluido, ya que las moléculas calentadas se desplazan formando“ circulaciones convectivas ”. En arquitectura esto se presenta básicamente a través dela infiltración y la ventilación.La Radiación no necesita de medio de transporte ya que puede darse en el vacío, Setrata de transferencia por medio de radiaciones que se presenta en distintas longitudesde onda del espectro electromagnético que finalmente terminan en el rango de losinfrarrojos. De manera pasiva, en arquitectura se manifiesta por medio de la energíasolar. Aunque no es propiamente un mecanismo de transferencia de calor, también sepresenta intercambio de energía en los cambios de fase de la materia. El caso que nosocupa es el cambio de fase o de estado del agua, principalmente la evaporación
- #6 Las estrategias de control climático pueden definirse en términos de los mecanismosde transferencia de calor. Existen básicamente dos condiciones: Invierno (época fría) yverano (época calurosa). De manera lógica, en invierno se tiene que promover lasganancias de calor y evitar las pérdidas. De manera opuesta en verano se tienen queevitar las ganancias y promover las pérdidas.Periodo Frío x Promover las ganancias solares x Minimizar las pérdidas por conducción, x Minimizar las infiltraciones y fugas de aire.Periodo Caluroso x Minimizar la conducción x Minimizar la infiltración x Minimizar las ganancias solares x Promover el enfriamiento conductivo terrestre x Promover la ventilación; x Promover el enfriamiento radiativo nocturno x Promover el enfriamiento evaporativo
- #7 Estado físico y mental en el cual el hombre expresa satisfacción con el medio ambiente circundante ASHRAE std Factores internos – raza sexo edad salud caracteristicas físicas y biológicas estado de ánimo grado de actividad experienci a e ideas y externos – clima, vestimenta, ruido, iluminación elementos visuales Confort térmico Lumínico Acústico Olfativo Psicológico
- #9 According to ASHRAE 44!63 standard 0\ thermal comfort is de_ned as {{That condition of mind which expresses satisfaction with the thermal environment||[ However\ the comfort zone is de_ned as the range of climatic conditions within which the majority of people would not feel thermal discomfort\ either of heat or cold[ Thermal comfort studies either based on _eld surveys or on controlled climatic chambers[ The Fanger comfort equation and Humphrey|s Thermal Neutrality cor! relation are among the most commonly adopted concepts[
- #10 Macpherson 1 identied six factors that afect thermal sensation. These factors are air temperature\ humidity\ air speed\ mean radiant temperature "MRT#\ metabolic rate and clothing levels
- #11 Regulación autónoma Regulación de comportamiento Regulación técnica
- #15 is the mean vote expected to arise from averaging the thermal sensation vote of a large group of people in a given environment The PMV is a complex mathematical expression involving activity\ clothing and the four environmental parameters En base a estudios fisiológicos, Fanger determinó un índice que indica el nivel de confort. A este índice lo llamó: Voto Medio Pronosticado (PMV). La fórmula para determinarlo es9: PMV= (0.303 e-0.036M + 0.028)* [(M-W)-H-Ec-Cres-Eres] donde: PMV = Voto medio pronosticado M = Tasa metabólica (W/m2) W = Energía mecánica efectiva (trabajo) (W/m2) H = Pérdidas de calor seco E = Intercambio de calor evaporativo de la piel (W/m2) Cres = Intercambio calor convectivo respiratorio (W/m2) Eres = Intercambio evaporativo respiratorio (W/m2)
- #16 de manera simplificada, se puede asumir que para un arropamiento de 1 clo, con una actividad metabólica de 1 Met (58.15 W/m2), con una velocidad de viento de 0.13 m/s, y con una presión barométrica de 1,013 hPa, y así se puede estimar con relativa precisión el PMV teniendo como variables únicamente la Temperatura y la Humedad Relativa, de acuerdo a la siguiente fórmula estadística10 PMV = ((1.362135869*10-6)T3 – (3.1031221*10-8)T2 + 0.001191847633229 T + 0.0112635095137) * ((0.1HR)+1) + (0.0000040T3 - 0.0000451T2 + 0.24709914T - 6.27580002) donde: PMV = Voto Medio Pronosticado T = Temperatura (°C) HR = Humedad Relativa (%)
- #17 El Porcentaje Estimado de Insatisfacción (PPD), es decir el porcentaje de personas que no está en confort de acuerdo a las condiciones determinadas en el índice PMV, se estima mediante
- #21 The Department of Development and Tropical Studies of the Architectural Association in London developed a methodology for building design in accordance to Climate. The proposed methodology is based on three stages of design, the sketch design stage, the plan development stage and the element design stage, For the purpose of systematic analysis during the three stages they introduced the Mahoney Tables The tables are used to analyze the climate characteristics from which design indicators are obtained. From these indicators a preliminary picture of the layout, orientation, shape and structure of the climatic responsive design can be obtained. These tables are briefly described below conjunto de tablas de referencia utilizado en la arquitectura, como guía para diseñar el clima apropiado. arquitecto Carl Mahoney, quien trabajó en ellos, junto con John Martin Evans y Otto Königsberger. Fueron publicadas por primera vez en el año 1971 por el Departamento de las Naciones Unidas de Asuntos Económicos y Sociales. El concepto desarrollado por Mahoney (1968) en Nigeria proporcionó la base de los cuadros Mahoney, más tarde fue desarrollado por Koenigsberger, Mahoney y Evans (1970), publicado por las Naciones Unidas en Inglés, francés y español, con amplios sectores incluidos en la publicación ampliamente distribuidos por Koenigsberger en el año 1978. Las Tablas de Mahoney (Evans, 1999; Evans, 2001) propuso una secuencia de análisis del clima que empieza con lo básico y dispone ampliamente los datos mensuales del clima de la temperatura, la humedad y las precipitaciones, como la que se encuentra en HMSO (1958), Pearce y Smith (1990), o los datos publicados por los servicios meteorológicos nacionales, por ejemplo SMN (1995). John Martin Evans, Los Triángulos Confort El uso de tablas de datos sobre el clima, fácilmente dispone los cálculos sencillos para dar pautas de diseño, de manera similar a una hoja de cálculo, en lugar de un análisis detallado térmico o de simulación. Hay seis mesas, cuatro se utilizan para introducir los datos climáticos, para compararlos con los requisitos de confort térmico y dos para la lectura de los criterios adecuados de diseño. Un esbozo del uso de la tabla es la siguiente:
- #22 Trazar líneas de temperatura y humedad para cada mes
- #23 1 Determinar la temperatura neutra y ajustar la escala de temperaturas de acuerdo al valor encontrado. Recordemos que la temperatura neutra se calcula con la fórmula: Tn = 17.6 + (0.31 Tm) donde: Tm = temperatura media anual usando la primera escala correspondiente a los 130 W para hacer el ajuste con Tn.
- #24 El siguiente paso es dibujar las líneas de temperatura y humedad para cada mes, graficando temperatura máxima contra humedad mínima y temperatura mínima contra humedad máxima.
- #26 Uniendo estos dos puntos se obtiene el recorrido diario de un día normal del mes, en donde la temperatura mínima se presenta alrededor de las 6:00 h y la máxima a las 15:00. En este ejemplo se observa en la línea de enero que la temperatura en las mañanas está por debajo de confort y presenta una alta humedad el requerimiento de radiación está entre 140 y 210 W/m2. A medio día la línea entra en confort pero a las 3 de la tarde se ubica por arriba de la zona de confort, requiriéndose una ventilación de 0.3 m/s para poder tener una sensación de confort. De esta manera se dibujan y analizan todos los meses definiendo así las estrategias básicas de diseño.
- #29 Humedad H – cantidad de vapor de agua contenido en el aire (máx 5%) Humedad de saturación HS – límite de humedad en el aire a una temperatura y presión específicas Punto de rocío – temperatura a la cual el aire se satura durante un proceso de enfriamiento Humedad absoluta HA – cantidad de vapor de agua en un volumen de aire (gr/m3) Humedad específica HE – masa de vapor de agua contenida en una masa de aire (gr/kg) Humedad relativa HR – relación entre la cantidad de vapor de agua y la cantidad de saturación del aire a una determinada presión y temperatura (aire saturado=100%)