El Estándar ASHRAE 55 tiene como objetivo establecer las condiciones térmicas aceptables para los ocupantes de los edificios, de acuerdo con un conjunto de factores asociados al ambiente interior (temperatura, radiación térmica, humedad y velocidad del aire), así como a los propios ocupantes (nivel de actividad y vestimenta). Está dirigido principalmente a adultos en espacios interiores diseñados para la ocupación de personas durante periodos de más de 15 minutos, y aplica para actividades físicas sedentarias como el trabajo de oficina. Es posible emplearlo para establecer las condiciones ambientales apropiadas en espacios con actividad moderadamente alta, pero en general no se considera adecuado para dormitorios y otros espacios similares.

El estándar incluye dos aproximaciones a la definición de las condiciones de confort en los edificios, dependiendo de si estos tienen sistemas de climatización o funcionan en modo pasivo (acondicionados de manera natural), las cuales describiremos a continuación.

Confort en edificios climatizados

Para los edificios que cuentan con sistemas mecánicos de climatización el Estándar ASHRAE 55 ofrece dos opciones que permiten evaluar las condiciones de confort: el método gráfico y el método analítico. Como veremos, en el primero basta con especificar la temperatura operativa y la relación de humedad en los espacios interiores, mientras el segundo es un poco más flexible pero requiere especificar todos los parámetros de cálculo.

MÉTODO GRÁFICO

El método gráfico emplea un diagrama psicrométrico para definir dos zonas de confort que se superponen parcialmente, una para invierno y otra para verano. Como se observa en la Figura 1 (una versión simplificada del diagrama original), estas zonas establecen límites de temperatura operativa y humedad ambiental dentro de los cuales, teóricamente, la gran mayoría de las personas se sentirían en confort. Si las condiciones ambientales en el interior de un edificio quedan dentro de esos rangos, entonces se asume que este cumple con el criterio del método.

Nota: El número de horas ocupadas en las que no se cumple con estos rangos también se puede usar para establecer el “nivel de disconfort” de los edificios. Es lo que hacen programas como DesignBuilder, que emplea este método para calcular el número de horas de disconfort.

Figura 1. Rangos aceptables de temperatura operativa y humedad, de acuerdo con el método gráfico del estándar ASHRAE 55.

El método gráfico se basa en el modelo de Voto Medio Previsto (PMV), de tal manera que los límites establecidos arrojarían valores máximos de ±0.5 en la escala de sensación térmica (escala de +3 a -3). También, de acuerdo con el mismo modelo de confort, el porcentaje máximo de personas en disconfort (PPD) sería del 10%. Sin embargo, es importante tener en cuenta las siguientes restricciones al emplear este método:

• Relación de humedad máxima de 0.012 (gramo de agua por gramo de aire seco).
• Tasas metabólicas (asociadas a la actividad de las personas) entre 1.0 y 1.3 met.
• Uso de vestimenta con niveles de aislamiento entre 0.5 (verano) y 1.0 clo (invierno).
• Velocidad máxima del aire de 0.1 m/s.

Un aspecto de este método que ha propiciado debates es el hecho de que no establece un límite inferior de humedad. Los desarrolladores del estándar aducen que no hay motivos “térmicos” por los cuales incluir ese límite inferior. Sin embargo, autores como Szokolay y Auliciems expresan que una humedad demasiado baja tiene implicaciones negativas en el bienestar de las personas (por ejemplo resequedad de la piel y de las membranas mucosas), por lo que el límite inferior debería ser incluido.

Nota: El estándar permite incrementar las temperaturas operativas hasta aproximadamente 4 ºC si se demuestran velocidades del aire superiores a 0.1 m/s y hasta 1.2 m/s. Sin embargo se debe tener en cuenta algunas limitaciones, dependiendo del nivel de actividad de las personas y de si éstas pueden controlar la velocidad o no. Por ejemplo, cuando las personas no pueden controlar la velocidad del aire, en edificios con actividades sedentarias como los de oficina, la velocidad máxima del aire debe ser de 0.8 m/s.

MÉTODO ANALÍTICO

El estándar ASHRAE 55 plantea el método analítico para evaluar el confort cuando no es posible respetar algunas de las restricciones del método gráfico, por ejemplo cuando se tienen relaciones de humedad mayores a 0.012, tasas metabólicas entre 1.0 y 2.0 met, o vestimenta con un nivel de aislamiento superior a 1.0 clo. En ese sentido, ofrece un poco más de flexibilidad para verificar el cumplimiento del estándar.

Este método también se basa en el modelo de PMV, pero implica el uso de herramientas computacionales para calcular directamente sus indicadores de confort, es decir la sensación térmica y el porcentaje de personas en disconfort. Una de esas herramientas es la CBE Thermal Confort Tool, de la cual se incluye una captura de pantalla en la Figura 2. El usuario debe especificar la temperatura operativa interior, la velocidad del aire, el nivel de humedad, la tasa metabólica y el nivel de aislamiento de la vestimenta. En lo que respecta a la velocidad del aire, se debe especificar si los ocupantes la pueden controlar localmente o no. A partir de esos datos la herramienta calcula la sensación térmica de PMV y el porcentaje de personas en disconfort (PPD). Si la sensación térmica no supera valores de escala de ±0.5, y el PPD no es mayor al 10%, entonces se asume que el edificio cumple con el estándar.

Figura 2. Captura de pantalla de la CBE Thermal Confort Tool.

Confort en edificios pasivos

Desde 2004 el Estándar ASHRAE 55 incluye un método opcional para establecer las condiciones térmicas aceptables en edificios que no tienen sistema de refrigeración y cuyo sistema de calefacción, si lo tiene, no se encuentre en uso. También es indispensable que los ocupantes tengan la posibilidad de llevar a cabo acciones para mejorar su sensación de confort, sobre todo que puedan modificar su vestimenta y abrir y cerrar ventanas. Es admisible que el edificio cuente con ventilación mecánica, pero el abrir y cerrar ventanas debe ser el medio principal para regular las condiciones térmicas internas.

El método se basa en la ecuación de confort adaptativo desarrollada por de Dear, que considera la evolución de las temperaturas exteriores como un factor que influye de manera directa en la sensación térmica de las personas. Se expresa mediante una gráfica similar a la de la Figura 3, que define dos rangos de temperaturas operativas de confort para temperaturas medias mensuales exteriores que van de 10 a 33.5 ºC. Para el primer rango las temperaturas operativas límite resultan de agregar ±3.5 °C a las temperaturas de confort, asumiendo un porcentaje de aceptabilidad del 80% (proporción de personas que teóricamente se sentirían confortables). Este rango está concebido para aplicaciones típicas. Para el segundo rango las temperaturas operativas límite resultan de agregar ±2.5 °C a las temperaturas de confort, resultando en un porcentaje de aceptabilidad del 90%. Este rango está concebido para situaciones en las que sería deseable un nivel de confort térmico más estricto.

Figura 3. Temperaturas operativas aceptables para edificios pasivos, de acuerdo con el estándar ASHRAE 55.

De acuerdo con el estándar, la temperatura operativa interior se puede calcular de manera simplificada como el promedio de la temperatura del aire y la temperatura radiante media. La temperatura exterior media predominante, por otro lado, expresa las condiciones climáticas a las que los ocupantes se encuentran relativamente adaptados. En su forma más simple, se puede definir como la temperatura media mensual del aire exterior, de acuerdo con los datos de la estación meteorológica más representativa disponible. Sin embargo, cuando el método se usa para evaluar resultados de simulaciones dinámicas en las que se emplean archivos de datos climáticos horarios típicos (por ejemplo TMY), el estándar aconseja definirla como la media móvil exponencialmente ponderada de la temperatura media diaria de un determinado número de días previos (mínimo siete). De esa manera, los días más recientes tienen mayor influencia que los días más lejanos en la adaptación de los ocupantes.

Nota: Aquí puedes descargar una herramienta Excel para efectuar cálculos de confort acordes con éste método, a partir de resultados de simulación con DesignBuilder.

Es importante tener en cuenta que este método solo aplica para niveles de actividad entre 1.0 y 1.3 met, y para ocupantes con vestimenta cuyo nivel de aislamiento está entre 0.5 y 1.0 clo. También, que no se puede aplicar en casos en los que la temperatura media mensual del aire exterior es inferior a 10 ºC o superior a 33.5 ºC, o cuando se trata de dormitorios o espacios similares. Por otro lado, es posible incrementar el límite superior de las temperaturas de confort hasta 1 K si se demuestran velocidades del aire entre 0.6 y 1.2 m/s.

Referencias

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