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Diseo Bioclimtico - Bienestar Trmico

MSc Ing. Timo Mrquez

Marzo 11 2013Escuela de Arquitectura

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Objetivos

Entender variables que impactan el bienestar trmico

Discutir la relacin entre variables de diseo, variablesclimticas y las condiciones que influyen el bienestartrmico.

Links recomendados:http://wiki.naturalfrequency.com/

Presentacin adaptada de curso Environmental Science 1, U. Hong Kong, Dr. Sam C M Shui:

http://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdf
http://wiki.naturalfrequency.com/http://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910_03-comfort.pdfhttp://wiki.naturalfrequency.com/

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Pirmide de Maslow

Homeostasis: Conjunto de fenmenos de autorregulacin, queconducen al mantenimiento de la constancia en la composicin ypropiedades del medio interno de un organismo.

Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pir%C3%A1mide_de_Maslow.svg

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Definicin de Bienestar Trmico

Es la condicin de la mente en la cual expresa satisfaccin con el

acondicionamiento trmico ambiental (ASHRAE Standard 55)

El confort trmico depende de mltiples variables, no slo de latemperatura ambiente.

Fuente: http://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htm
http://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htmhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htmhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htmhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htm

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Control de la Temperatura del Cuerpo

Temperatura del cuerpo: 37 oC

El cuerpo humano tiene dos sensores de temperaturadistintos:

Sensor de Calor (Hipotlamo). Acta cuando T > 37 C Sensor de Fro (Piel). Acta cuando T < 34C

Si T > 37 C: Aumento circulacin de la sangre Sudoracin (Evaporacin)

Si T < 34 C: Disminucin circulacin de la sangre Escalofros.

Fuente: http://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htm
http://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htmhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htmhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htmhttp://www0.hku.hk/bse/MEBS6006/mebs6006_0910-03.htm

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Ecuacin de Balance Trmico

6 variables significativas determinan cuan clido se

siente una persona:

Actividad o tasa Metablica

Grado aislamiento por Vestimenta

Variables Ambientales: Temperatura de Radiacin

Temperatura Ambiente

Velocidad del aire

Humedad relativa

Bienestar trmico se define en trminos del estado del cuerpo en vezdel ambiente, i.e. lo que sentimos es la temperatura de la piel y nola temperatura del aire

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Ecuacin de Balance Trmico

Estas se manifiesta a travs de los siguientesfenmenos:

S: Acumulacin de calor del cuerpo humano(W/m)

M: Calor producido por el metabolismo (W/m)W: Trabajo mecnico realizado (W/m)

E: Perdidas por evaporacin (respiracin,sudoracin) (W/m)

R + C: Perdidas por Radiacin y Conveccin (W/m)

K: Perdidas por Conduccin (insignificante) (W/m)

S = M - W - E - (R + C) - K

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Calculo de Grado de Bienestar Trmico

Mtodo Fanger

Desarrollado por P. O. Fanger (Denmark) Se deriva de muestras de experimentos. La cual contiene las

siguientes variables:

Dependiente de la Vestimenta

Icl ndice de vestimenta (clo)frc: relacin de rea vestido/desnudo

Dependiente de la Actividad M Tasa metablica (met)

W: Produccin de calor, trabajo mecnico (W/m2)

Variables Ambientales V Velocidad del aire relativa (m/s) Tr Temperatura media radiante (oC)

Ta Temperatura ambiente (oC)

Pa Presin de vapor de agua (kPa)

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Calculo de Grado de Bienestar Trmico

http://www.healthyheating.com/solutions.htm

Independientemente de las condiciones

ambientales siempre existir, como mnimo,

un 5%de personas insatisfechas.

Independientemente de las condiciones

ambientales siempre existir, como mnimo,

un 5%de personas insatisfechas.

3 MUY CALUROSO

2 CALUROSO

1 LIGERAMENTE CALUROSO

0 NEUTRO

- 1 LIGERAMENTE FRIO

- 2 FRIO

- 3 MUY FRIO

3 MUY CALUROSO

2 CALUROSO


0 NEUTRO


- 2 FRIO

- 3 MUY FRIO

3 MUY CALUROSO

2 CALUROSO


0 NEUTRO


- 2 FRIO

- 3 MUY FRIO
http://www.healthyheating.com/solutions.htmhttp://www.healthyheating.com/solutions.htm

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Factores para estimar bienestar trmico

Tasa Metablica (met)

0.8 Met

1 Met

8 Met

4 Met

Fuente: ASHRAE Fundamentals 2005 ,Captulo 8

1 met* = 58.1 W/m2

rea persona media = 1,8 m

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Factores para estimar bienestar trmico

ndice de Vestimenta Icl (clo)

Fuente: ASHRAE Fundamentals 2005 ,Captulo 8

1 clo = 0,155 m2C / W

0,15 Clo0.5 Clo

1.0 Clo

1.2 Clo

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Factores a medir para el bienestar trmico

Temperatura del aire (ta)

Velocidad del aire (va) Humedad (Hr)

Temperatura media radiante (Tr)

Temperatura Operativa (To)

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Temperatura del aire (ta)

Velocidad del aire (va) Humedad (Hr)

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Temperatura media Radiante (tr)

Sala real Sala equivalente

QradQrad

t1

t2

tr

t3

t4

Qrad =

Qrad

itFt irtr Temperatura media radiante (oC)ti Temperatura de la superficie i (oC)Fi Factor de ngulo de la superficie i

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Temperatura Operativa

Temperatura Operativa (to)

to Temperatura operativa (oC)

tr Temperatura media radiante(oC)

ta Temperatura ambiente (oC)

hc Coef. de transf. de calor porconveccin (W/mK)

hr Coef. de transf. Linear de calorpor radiacin (W/mK)

cr

acrr

o

hh

ththt

24,0 ar

oa

tttsmvSi

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Temperatura Operativa (to)


Q

t1

t2

to

t3

t4

tota


Q

t1

t2

to

t3

t4

tota

cr

acrr

o

hh

ththt

Temperatura Operativa

24,0 ar

oa

tttsmvSi

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Condiciones de bienestar trmico

Temperatura Operativa de diseo (Norma Europea EN 15251)

I 21.0 25.5

II 20.0 26.0

Sedentario ~ 1,2 met III 18.0 27.0

I 18.0

II 16.0

Sedentario - en movimiento ~ 1,6 met III 14.0

I 21.0 25.5

II 20.0 26.0


I 21.0 25.5

II 20.0 26.0


I 21.0 25.5

II 20.0 26.0


I 21.0 25.5II 20.0 26.0


I 21.0 25.5

II 20.0 26.0


I 21.0 25.0

II 20.0 26.0


I 19.0 24.5

II 17.5 25.5

De pie / en movimiento ~ 1,4 met III 16.5 26.0

I 17.5 24.0

II 16.0 25.0

De pie / en movimiento ~ 1,6 met III 15.0 26.0

Edificios residenciales: espacios de vivienda

(dormitorios, saln, cocina, etc.)

Edificios residenciales: otros espacios

(almacenes, recibidores,etc.)

Oficina individual (oficina celular)

Oficina difanal (oficina de plano abierto)

Temperatura operativa C

Mnimo para calefaccin

(estacin invierno), ~1,0 clo

Mximo para refrigeracin

(estacin verano), ~ 0,5 clo

Tipo de edificio/espacio Categora

Jardn de infancia

Grandes almacenes

Sala de conferencias

Auditorio

Cafetera / restaurante

Sala de clases

(Norma Europea EN 15251) (ASHRAE Standard 55)

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Condiciones trmicas no uniformes

Situaciones que crean disconfort local

Asimetra Trmica

Suelos Calientes o Fros

Draft

Diferencia T aire Vertical

25

19

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Asimetra Trmica

Causas:

Ventanas fras

Muros no aislados

Maquinaria Caliente o fra Radiadores mal

dimensionados

Precaucin en dise de:

Cielos Calientes

Muros frosFuente: ASHRAE Fundamentals 2005 ,Captulo 8

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Suelos Fros o Calientes

Temperaturas ptimas sincalzado:

Alfombra 21 a 28 C

Madera de Pino 22,5 a 28 C

Madera de Roble 24,5 a 28 C

Hormign 26 a 28 C

Con calzado adecuado el

efecto El material del suelo es

insignificante Personas con calzado adecuadoFuente: ASHRAE Fundamentals 2005 ,Captulo 8

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Diferencia T Aire Vertical

Dif. T Vertical crtica cuando

La t cabeza > t tobillos

Si t cabeza < t tobillos se

toleran dif. de Temp. Vertical

superiores.

Fuente: ASHRAE Fundamentals 2005 , Captulo 8

25

19


25

19


25

19

25

19

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Draft Movimiento de aire

t a =t a =


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Factores secundarios

Variaciones da da

Fanger 1973, desviacin de 0,6 k en la T de confort de un da a otro. No Significativo.

Edad Los ambientes trmicos elegidos por jvenes y ancianos no varan. (Collins and

Hoinville, 1980) El bajo metabolismo en la vejez es compensado por la baja prdida por

evaporacin. El porqu de ambientes ms clidos en hogares de ancianos es por la bajaactividad de estos (menor met).

Adaptacin Experimento con gente de USA, Dinamarca y pases tropicales. Mismas

condiciones de confort. No es posible adaptarse para preferir ambientes clidos o fros.

Las mismas condiciones de confort pueden ser aplicadas en todo el mundo. No obstante, es importante tener en cuenta las costumbres en la indumentaria

(variaciones de Clo) Bajo condiciones de disconfort, la adaptacin tiene influencia.

d i

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Factores secundarios

Sexo La T de la piel y el calor por evaporacin es menor en las mujeres. Es

compensado por el menor metabolismo en las mujeres.

No existe diferencia de condiciones de confort debido al sexo de laspersonas.

La razn por la que las mujeres prefieren temperaturas superiores a la

elegida por los hombres es debido a la diferencia de vestimenta (el cloen mujeres < al clo de los hombres)

Estacionalidad y Ritmos Circadianos

No hay diferencias en las condiciones para el confort entre verano einvierno. (Mc Nall, 1968)

No existen diferencias apreciables entre las temperaturas depreferencia durante las primeras horas del da (ritmo cardiaco lento) yla noche (ritmo cardiaco ms elevado)

Evaluacin de casos:

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Bi t t i

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Bienestar no-trmico

Acstico

Calidad de aire Iluminacin

Calidad visual

Trabajo:

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Trabajo:

Seleccionar tipo de arquitectura tradicional (cualquier lugar)y describir como su diseo y construccin aborda elbienestar trmico de sus ocupantes (variables de confort).

Fecha entrega: 18 marzo (impreso y digital) Formato: 1 pagina (300-400 palabras y mximo 2 imgenes).

Grupos de 2 personas.

Observaciones: Realizar anlisis propio. Prohibido copia y pegar de

internet. Las referencias deben estar indicadas.

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