Numerosas investigaciones indican que aunque en un espacio determinado haya unas condiciones ambientales que podrían considerarse confortables en términos generales, por ejemplo una temperatura operativa y humedad relativa óptimas, puede haber factores que generen disconfort térmico local. Dicho disconfort puede variar de manera importante en distintas zonas de un mismo espacio, y se suele asociar a cuatro factores principales:

• Corrientes de aire.
• Radiación térmica asimétrica.
• Gradientes de temperatura.
• Temperatura inadecuada del suelo.

Si se desea lograr edificios con elevados niveles de confort es indispensable no limitarse a evaluar las condiciones ambientales generales, como la temperatura del aire, la temperatura radiante media y la humedad relativa, sino también tratar de garantizar que no se den estos cuatro fenómenos, los cuales describiremos con mayor detalle a continuación.

Corrientes de aire

El movimiento del aire tiene un efecto de enfriamiento que puede ser aprovechado para incrementar los niveles de confort. Sin embargo, si ese enfriamiento no es necesario (dado que ya se está en confort), las corrientes de aire pueden generar disconfort en las personas, más allá de problemas obvios como la dificultad para mantener papeles sobre un escritorio. El impacto de las corrientes de aire depende de aspectos como la actividad que desempeñan las personas, el nivel de aislamiento de su vestimenta, y la temperatura y velocidad del aire. Dicho impacto suele ser más notorio cuando los ocupantes llevan a cabo actividades sedentarias y cuando usan vestimenta ligera y/o con partes del cuerpo sin cubrir. También, desde luego, el impacto será mayor conforme la temperatura del aire sea más baja y la velocidad más elevada.

De acuerdo con el estándar ASHRAE 55, con temperaturas operativas por debajo de 22.5 ºC la velocidad del aire no debería ser mayor a 0.15 m/s si se desea mantener un PMV de ±0.5. Este límite aplica para las corrientes de aire producidas por el propio edificio (puertas y ventanas) y los sistemas de climatización, no para las producidas por los movimientos de las personas o por los equipos. Sin embargo, también indica que ese límite se puede exceder si los ocupantes tienen control sobre los elementos que producen el movimiento del aire y si las condiciones ambientales se encuentran dentro de las zonas de confort con altas velocidades del aire que se describen en la sección 5.2.3 del mismo estándar.

Por otro lado, Fanger y su equipo (1988) desarrollaron el índice de riesgo por corrientes (DR, Draught Risk) como una manera de establecer el porcentaje de personas en disconfort debido a corrientes de aire. El índice se calcula en función de la temperatura y la velocidad media del aire, así como la intensidad de turbulencia:

Donde:

DR = Porcentaje de personas en disconfort por corrientes de aire (%).

T_a = Temperatura del aire (ºC).

v = Velocidad media local del aire (m/s).

T_u = Intensidad de la turbulencia (%).

En tanto la intensidad de la turbulencia se define como la relación entre la desviación estándar de la velocidad instantánea del aire y la velocidad media del aire:

Donde:

v_SD = Desviación estándar de la velocidad del aire.

Nota: Este modelo fue desarrollado a partir de una serie de experimentos en cámaras climatizadas, en los que 150 personas que realizaban actividades sedentarias (1.2 met) fueron expuestas a diferentes condiciones ambientales: temperaturas entre 20 y 26 ºC; velocidades medias del aire entre 0.05 y 0.4 m/s; e intensidades de turbulencia entre 0 y 70%.

Con base en la propuesta de Fanger, documentos como el estándar BS EN ISO 7730 y la Guía A de CIBSE emplean una gráfica similar a la de la Figura 13 para poner en relación la velocidad media del aire, la temperatura del aire y la intensidad de turbulencia, dado un riesgo por corrientes (DR) del 15%. Cada línea en la gráfica muestra la velocidad y temperatura del aire aceptables, dada una determinada intensidad de turbulencia. Por ejemplo, si la temperatura del aire que impacta en las personas es de 24 ºC y la intensidad de turbulencia es del 40%, la velocidad máxima del aire debería ser de 0.17 m/s (para no superar el 15% máximo de personas en disconfort establecido por el estándar).

Figura 1. Combinaciones de velocidad media del aire, temperatura del aire e intensidad de turbulencia para un riesgo por corrientes (DR) de 15% de personas en disconfort.

Además de lo expuesto arriba, conviene tener en cuenta los siguientes aspectos al momento de evaluar el disconfort local por corrientes de aire:

• Las personas suelen ser más sensibles a las corrientes de aire que les impactan, desde atrás, en las zonas de los tobillos y la nuca.
• Las personas con actividades sedentarias son más sensibles al efecto de las corrientes de aire que las personas que llevan a cabo actividades intensas.
• En los edificios con sistemas mecánicos de climatización, una forma de evitar disconfort por corrientes de aire consiste en emplear sistemas de ventilación por desplazamiento.
• En los edificios con funcionamiento en modo pasivo resulta crucial que los ocupantes tengan suficiente control sobre la apertura de las ventanas y otros dispositivos de ventilación natural, con el objeto de disminuir los riesgos de disconfort por corrientes de aire.

Radiación térmica asimétrica

Para mantener unas adecuadas condiciones de confort es necesario que la radiación térmica recibida por las personas sea más o menos uniforme en todas las direcciones. Cuando la radiación que reciben las personas es muy diferente en una o más direcciones, en comparación con el resto, estamos ante lo que se denomina radiación térmica asimétrica. Las principales causas de la radiación asimétrica se pueden clasificar en

Superficies frías. Intercambios radiantes con superficies cercanas demasiado frías, por ejemplo con ventanas poco aisladas cuando la temperatura exterior es muy baja.

Superficies calientes. Intercambios radiantes con superficies cercanas demasiado calientes, por ejemplo techos poco aislados y expuestos a una intensa radiación solar.

Radiación solar directa. Esto sucede, por ejemplo, cuando la radiación solar de onda corta que atraviesa las ventanas impacta directamente sobre los ocupantes.

La asimetría de la temperatura radiante se define como la diferencia entre las temperaturas radiantes que afectan lados opuestos del cuerpo humano. Así, la asimetría radiante en sentido vertical se calcula como la diferencia en las temperaturas radiantes que provienen de la parte superior e inferior del espacio e impactan en un pequeño plano horizontal ubicado a 0.6 y 1.1 m sobre el suelo, para personas sentadas y de pie, respectivamente. Por otro lado, la asimetría radiante en sentido horizontal se calcula como la diferencia en las temperaturas radiantes que provienen de partes opuestas del espacio e impactan en un pequeño plano vertical ubicado a las mismas alturas que en el caso anterior.

Nota: El estándar EN ISO 7726 aborda con mayor detalle el cálculo da las asimetrías radiantes.

Cuando se conocen las temperaturas de las superficies involucradas, y por lo tanto se pueden calcular las asimetrías radiantes, es posible usar una gráfica como la de la Figura 14 para predecir el porcentaje de personas que se sentirán en disconfort debido a este fenómeno. Esta gráfica se deriva de experimentos en cámaras climatizadas y es similar a la proporcionada por documentos como la Guía A de CIBSE y el estándar ASHRAE 55.

Figura 2. Porcentaje de personas en disconfort en función de la asimetría de la radiación térmica.

Se recomienda que la radiación asimétrica no aumente en más del 5% el número de personas en disconfort, con lo que, de acuerdo con las curvas de la gráfica, se pueden aplicar los siguientes límites de asimetría radiante:

• Techo caliente ≤ 5 K
• Muro frío ≤ 10 K
• Techo frío ≤ 14 K
• Muro caliente ≤ 23 K

De acuerdo con estos criterios las personas son más sensibles, en primer lugar, a la radiación asimétrica causada por los techos calientes, y en segundo, a la causada por los muros fríos. Los techos fríos y los muros calientes, especialmente estos últimos, tendrían un menor impacto en los niveles de confort.

Gradientes de temperatura

Las diferencias en la temperatura del aire a través de distintas regiones del espacio, cuando son significativas, pueden generar disconfort en los ocupantes. El fenómeno más común se da en espacios en los que el aire presenta estratificación térmica, de tal manera que el aire en la parte superior del espacio tiene temperaturas mayores que en la parte inferior (contribuyendo a la sensación conocida como “pies fríos y cabeza caliente”).

Documentos como la Guía A de CIBSE y el estándar ASHRAE 55 emplean gráficas como la de la Figura 15 para definir el porcentaje de personas en disconfort debido al gradiente vertical de la temperatura del aire, considerando la distancia entre los tobillos y la cabeza. De acuerdo con esa gráfica, la diferencia de temperatura entre esos dos puntos debería ser menor a 3 K para que el porcentaje máximo de personas en disconfort, debido a este fenómeno, sea de 5%.

Figura 3. Porcentaje de personas en disconfort en función de la diferencia vertical de la temperatura del aire.

Cabe señalar que la situación inversa, es decir, que el aire sea más caliente en la parte inferior que en la superior, es muy poco frecuente y las personas suelen tolerarla mucho mejor, por lo que no se aborda en estándares como el ASHRAE 55. Por otro lado, respecto a las diferencias de temperatura en sentido horizontal, la Guía A de CIBSE indica que lo ideal es que las temperaturas en todo el espacio estén dentro de los rangos estándar de confort, pero cuando los ocupantes tienen libertad para cambiar su ubicación, una cierta variedad de ambientes térmicos puede de hecho incrementar los niveles de confort generales.

Temperatura del suelo

Debido a que generalmente los pies de las personas están en contacto con el suelo, las temperatura muy bajas o altas en esa superficie pueden producir disconfort local. De acuerdo con estándares como el ASHRAE 55, cuando las personas llevan calzado el factor más importante es la temperatura del suelo, y no tanto el material del suelo (algo que cambia cuando las personas van descalzas, como veremos más adelante). El mismo estándar emplea una gráfica similar a la de la Figura 16 para predecir el número de personas en disconfort en función de la temperatura del suelo. La gráfica aplica básicamente para personas con calzado ligero de interiores, aunque se puede usar con discreción para personas con calzado más pesado.

Figura 4. Disconfort local provocado por suelos fríos y cálidos.

En la gráfica anterior se observa que para mantener el porcentaje de personas en disconfort más bajo posible (6%), la temperatura del suelo tendría que ser cercana a 24 ºC (algunos estudios indican que para personas que realizan actividades sedentarias la temperatura ideal sería de 23 ºC, mientras que para personas de pie o caminando sería de 25 ºC). En cambio, si el límite de personas en disconfort se amplía a 10%, como plantea el estándar EN ISO 7730, el rango adecuado de temperaturas del suelo sería entre 19 y 28 ºC, aproximadamente.

Cuando las personas van descalzas la situación cambia bastante. En ese caso no solo es importante la temperatura del suelo, sino también el material con el que está recubierto. Eso se debe a que propiedades de los materiales como la conductividad y la difusividad térmicas pueden afectar en gran medida el intercambio de calor entre los pies y el suelo. En general, los materiales más conductivos y con valores más elevados de difusividad, como el mármol, absorben más fácilmente el calor y por eso se sienten más fríos. En cambio los materiales menos conductivos y con valores de difusividad más bajos, como el corcho, absorben menos fácilmente el calor y se sienten más cálidos.

El Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (España) emplea los valores de la Tabla 7 para determinar las temperaturas del suelo idóneas cuando las personas van descalzas, dependiendo del tipo de material de acabado del suelo.

Tabla 1. Ejemplos de cerramientos con capas homogéneas (izquierda) y no-homogéneas (derecha).

Referencias

[1] A. Auliciems and S. V. Szokolay, Thermal comfort. Brisbane, Qld: PLEA in association with Dept. of Architecture, University of Queensland, 1997.

[2] “CIBSE - CIBSE Guides.” [Online]. Available: https://www.cibse.org/Knowledge/CIBSE-Publications/CIBSE-Guides. [Accessed: 21-Aug-2019].

[3] “Standard 55 – Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy.” [Online]. Available: https://www.ashrae.org/technical-resources/bookstore/standard-55-thermal-environmental-conditions-for-human-occupancy. [Accessed: 21-Aug-2019].

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