Benestar térmico nun espazo climatizado

Angel Sánchez de Vera Quintero. Cap del Departament de Serveis i Agricultura
Ahorro energético en el hogar

Analizar o nivel de calidade ambiental que podemos percibir nun espazo pechado redúcese a probar se estamos confortables ou non. Se nese espazo hai unha única persoa, o resultado non ten discusión; pode atoparse ben ou mal cun 100% de acerto. Pero se nun mesmo espazo conviven máis persoas, distintos condicionantes fan que o que algúns consideran cómodo ou confortable outros o perciban como incómodo ou desconfortable. Baixo estes condicionantes imos analizar o benestar térmico das persoas en espazos pechados temperados por instalacións de climatización. 

As persoas, como seres vitais, somos similares a máquinas que toman combustible (alimento) e transfórmano en actividade e en calor (metabolismo). É evidente que aquel alimento/enerxía que non se consumiu en facer unha actividade/traballo deberá ser igualmente disipado/expulsado ao exterior, pois a nosa capacidade de acumular/almacenar enerxía é limitada. A forma de disipar a calor ao exterior do noso corpo é en forma sensible mediante condución, convección e radiación corporal, e en forma latente por evaporación a través da respiración, a transpiración pola pel e a suoración. Á súa vez, a velocidade con que unha persoa intercambia esta calor co exterior depende, fundamentalmente, da temperatura e da humidade dese ambiente e do nivel de illamento da roupa que leve posta; unhas veces será de interese incrementalo (inverno) e outras reducilo (verán) a efectos de conseguir o mellor equilibrio de intercambio térmico co aire que nos rodea. Cando o balance é neutro quere dicir que conseguimos o equilibrio enerxético, estaremos confortables e ese será o noso benestar térmico.

Explicado de forma práctica, vivímolo no día a día: Por exemplo, unha persoa fica quente cando fai un esforzo ou un exercicio físico, ou cando está febril, ou inxire unha comida copiosa, (parámetros do corpo) e combate a situación ben diminuíndo o illamento, alixeirando a súa roupa, (parámetros de vestimenta) ou ben modificando a temperatura e/ou velocidade do aire que a rodea (parámetros do clima): É precisamente esta última acción –variar os parámetros do clima– a que pode espertar a incomodidade doutra persoa que se ache nese mesmo espazo climatizado e que nese momento poida manter outro balance de enerxía específico ao seu metabolismo e ao seu nivel de vestimenta.

Para que se utiliza unha instalación de climatización? Para temperar o aire que nos rodea nun espazo pechado, achegando calor ou frío, e facilitar, de forma confortable, a transferencia térmica do noso corpo co ambiente, ao que cederemos ou do que captaremos calor en función da nosa actividade e nivel de enerxía interna, alcanzando o noso equilibrio térmico sen chegar a suar ou pasar frío.
 

Parámetros do corpo humano. Produción de enerxía metabólica por distintas actividades

Un primeiro paso foi establecer a cantidade da xeración de calor dos nosos corpos para distintas actividades. Existen métodos para estimala que se achan recollidos na norma UNE NISO 8996. (O feito de que unha norma UNE EN sexa tamén ISO indica que o contido nela é de aceptación mundial).

A enerxía que desprendemos exprésase coa unidade de medida “met”, unidade cuxo patrón corresponde ao metabolismo dunha persoa sa, sentada e sen traballar. Dado que esta actividade corresponde a unha emisión por unidade de superficie de 58,2 W/m2, a cantidade de enerxía que emitimos ao exterior en función da nosa actividade, calculada en termos de calor sensible e latente e expresada en Watts, é escalada na seguinte táboa, considerándose unha media do 50% de homes e do 50% de mulleres (o metabolismo dunha muller é o 85% e o dun neno o 75% do metabolismo dun home).

Actividade metabólica

sensible

latente

 

ACTIVIDADE

W

W

met

durmindo

50

25

0,76

deitado

55

30

0,86

sentado, sen traballar

65

35

1,0

de pé, relaxado

75

55

1,3

paseando

75

70

1,5

andando

a 1,6 km/h

50

110

1,6

 

a 3,2 km/h

80

130

2,1

 

a 4,8 km/h

110

180

2,9

 

a 6,4 km/h

150

270

4,2

bailando moderadamente

90

160

2,5

atlética en ximnasio (homes)

210

315

5,0

deporte de equipo masculino (valor medio)

290

430

6,9

traballos:

 

 

 

 

 

moi lixeiro, sentado

70

45

1,2

 

moderado (en oficinas; valor medio)

75

55

1,3

 

sedentario (restaurante, incluidas comidas)

80

80

-

 

lixeira de pé (industria lixeira, de compras etc.)

70

90

1,6

 

media de pé (traballos domésticos, tendas etc.)

80

120

2,0

 

manual

80

140

2,1

 

lixeiro (en fábrica; só hommes)

110

185

2,8

 

pesado (en fábrica; só hommes)

170

255

4,0

 

moi pesado (en fábrica; só hommes)

185

285

4,5

           
 

Fonte: UNE-EN ISO 8996 e Alberto Viti Corsi

 

Na táboa apréciase non só a gran diferenza das nosas emisións de calor en función da actividade que desenvolvemos en cada momento, senón tamén o peso que adquire a cantidade en calor latente respecto ao sensible nesas distintas actividades. Efectivamente, ademais da función transmisora de calor que exerce o sangue cara aos capilares superficiais da nosa pel, o noso corpo está formado por unha porcentaxe elevada de auga que tamén contribúe a controlar o noso balance de enerxía interna, migrando desde o noso interior cara ao exterior e fluíndo e evaporándose na respiración e a través da pel por transpiración. Desta forma regúlase o nivel de enerxía interna e disípase o seu excedente cara ao exterior. 

Os parámetros da táboa son extraordinariamente prácticos. Non só nos axudan a comprender e visualizar o expresado, senón que a súa cuantificación permite deseñar as instalacións de climatización adecuando a potencia requirida ás actividades que se van desenvolver nos locais a climatizar. Non é o mesmo refrixerar un cinema, onde a potencia necesaria a instalar será de 100 W por espectador, que un ximnasio, onde se necesitarán 525 W de potencia por usuario, e todo iso con independencia da potencia requirida para vencer as perdas ou ganancias térmicas a través dos cerramentos deses locais e no aire de ventilación.

 

Parámetros da vestimenta. Illamento térmico da roupa

Somos corpos quentes, a unha temperatura ao redor de 36,7 ºC variable coa idade, actividade e mesmo hora do día. Manternos nela confírenos benestar e actuamos póndonos máis ou menos roupa en función non só do que facemos (actividade) senón de onde nos atopamos (temperatura ambiental).

Iso levou tamén a tabular os niveis de illamento dunha persoa en función da roupa que leva posta, sendo neste caso a medida de referencia o “clo”, unidade que define o nivel de illamento térmico da vestimenta. O clo = 0 corresponde a un home espido e a partir de aí, medindo a resistencia térmica das pezas en laboratorio, determínase o clo para distintas composicións en base á fórmula: 

Resistencia térmica da vestimenta = 0,155 × clo (m2 ºK/W)


Na seguinte táboa establécense valores do illamento térmico da vestimenta, en formas combinadas, máis práctico para os cálculos do benestar térmico.   

 

 

Tipo de vestimenta

Illamento térmico (clo)

Espido

0,0

En pantalón curto

0,1

Vestimenta tropical: pantalón curto, camisa manga curta e sandalias

0,3

Vestimenta de verán lixeira: Pantalón longo lixeiro, camisa de manga curta, calcetíns lixeiros e zapatos

0,5

Vestimenta de traballo.

0,7

Vestimenta de inverno lixeira: Camisa de manga longa, pantalón groso, xersei, calcetíns grosos, zapatos,

1,0

Vestimenta de inverno

1,5

 

 

      Fonte: Norma UNE-EN ISO 9920 e Alberto Viti Corsi

 

Este é outro factor que intervén na determinación do benestar térmico dun ambiente compartido por varias persoas, no que aínda que todas poderían facer a mesma actividade, a diferenza de nivel de illamento térmico das súas roupas poderá provocar o desconforto duns respecto doutros para unha mesma temperatura ambiental.

A modo de exemplos prácticos, vivímolo no verán nas oficinas, onde unhas persoas van con sandalias ou manoletinas, sen medias e cos brazos ou ombreiros ao aire, fronte a outras con zapatos, calcetíns e camisas pechadas e mesmo chaquetas: uns desexarán subir a temperatura do sistema de climatización fronte a outros que a quererán baixar nese mesmo local. Ou no inverno, cando nalgúns hospitais tiveron que substituír os termostatos accesibles nos cuartos dos enfermos, que requiren dun ambiente próximo aos 26 ºC ao estaren na cama cunha simple saba, e chegar as visitas con roupa de inverno e abrigos, e o primeiro que facían era queixarse da calor e baixarlle ao enfermo a súa temperatura na habitación.

 

Determinación da temperatura de confort

Como vimos, as persoas somos distintas entre nós mesmos en función do que comemos, do que esteamos a facer nese momento e de como vaiamos vestidos. Este tres factores farán que o noso corpo requira temperaturas distintas do ambiente que nos rodea para alcanzar o equilibrio na transferencia de calor, cedendo ou captando calor e alcanzar, con iso, o benestar. 

Á hora de seleccionar a temperatura do sistema de climatización dun espazo pechado, se no mesmo hai unha soa persoa, como diciamos ao comezo, non haberá problema: estará a gusto ou non cun 100% de acerto e todo se reducirá a que actuará sobre o termostato ao seu gusto.
O problema xorde cando son múltiples os usuarios dunha mesma instalación que climatiza un local. A quen se lle dá satisfacción? Con que criterio se fixa unha temperatura para todos? O lóxico será buscar o máximo de puntos comúns e satisfacer a ese máximo de persoas. E iso é o que se estudou en profundidade e a súa metodoloxía foi normalizada na UNE-EN ISO 7730 Ergonomía do ambiente térmico.

Determinación analítica e interpretación do benestar térmico mediante o cálculo dos índices PMV e PPD e os criterios de benestar térmico local. 

Precisamente, o traballo contido nesta norma é o resultado de someter a ensaio e recoller a opinión de colectivos de persoas que foron sometidas, nun local pechado, a variacións das condicións térmicas do ambiente, e a súa opinión sobre a sensación que ían experimentando, nunha escala desde moita calor, calor, ben, frío ou moito frío, arroxou o que se coñece como Voto Medio Estimado (PMV) que, á súa vez, permitiu establecer o concepto de porcentaxe de persoas insatisfeitas e determinar esa Porcentaxe Estimada de Insatisfeitos (PPD). 

Estas valoracións permitiron desenvolver un procedemento de cálculo analítico que determina a porcentaxe de persoas insatisfeitas que se produciría nun espazo pechado en función de variacións dos parámetros do ambiente, do corpo humano e da vestimenta.

Aínda que ata agora centrámonos en dous factores fundamentais, o metabolismo e o nivel de illamento da vestimenta –por seren, por unha banda, os que máis peso supoñen na determinación das condicións necesarias a achegar polo sistema de climatización e, por outra, están evidentemente supeditadas ao arbitrio, grao de liberdade ou libre albedrío do usuario das instalacións–, a realidade é que na metodoloxía para a determinación do benestar dun ambiente térmico interveñen outros parámetros que tamén inflúen na determinación do mesmo, dos que caben destacar non só a temperatura dese ambiente senón a humidade relativa e a velocidade do aire que nos rodea.

Para tratar de visualizar esta metodoloxía dunha forma práctica, imos analizar cal sería a temperatura óptima nunha oficina (traballo moderado), no verán. Para iso seleccionamos unha actividade metabólica que podería ser 1,0 met ou 1,3 met e un nivel de illamento na vestimenta que podería ser 0,5 clo ou 0,7 clo. 

Pola súa vez imos fixar uns valores estándar na instalación de climatización: unha humidade do 40% e unha velocidade do aire de impulsión de 0,10 m/s e imos analizar que incidencia teñen a variación dos met e os clo seleccionados na determinación do PPI mediante a aplicación das ecuacións desenvolvidas na norma mencionada.

 

Variación do PPI en función do nivel de illamento da vestimenta (clo)

Fronte ao valor adoptado dun clo do 0,5, que corresponde a un nivel de vestimenta lixeira de verán, que ocorre se alguén vai un pouco máis “isolado”, con traxe en lugar de camiseta de manga curta, e se aproxima a un clo do 0,7?

Na seguinte figura represéntase o PPI para distintas temperaturas en función do clo, onde se mantiveron o resto de variables (metabolismo, humidade e velocidade do aire) cos mesmos valores dos cálculos.

 

Como representa a figura, un maior grao de vestimenta (maior clo) permite soportar temperaturas máis baixas: p. ex. hai menor grao de insatisfeitos a 22 ºC, o 5,7% das persoas cun clo 0,7 fronte a un 11,7% de insatisfeitos a esa temperatura vestidos un menor grao de vestimenta, cun clo 0,5). Porén, e como viceversa, ombreiros ao aire por exemplo, produce maior grao de satisfacción a maiores temperaturas. Por iso é polo que moitas mulleres no verán teñen un chal ou rebeca na oficina para soportar mellor temperaturas de aire acondicionado por baixo de 25 ºC, mentres que persoas máis vestidas (chaqueta) comezan a sentírense acaloradas por riba dos 24 ºC.

Neste caso concreto para esta oficina, a temperatura que achegaría a menor porcentaxe de insatisfeitos sería a de 24 ºC (persoas con actividade de 1,3 met e vestidas cun clo entre 0,5 e 0,7)

 

Variación do PPI en función da variación do metabolismo

Pero que ocorre se nesa oficina hai persoas con actividades distintas? Consideremos o que está a traballar no computador ou facendo un traballo sentado moi lixeiro (met 1,1) fronte ao que se despraza pola oficina, participa nunha reunión, (met 1,3) e supoñamos agora que todos van co mesmo clo a efectos de facer variable exclusivamente ese metabolismo

 

Visualizamos na figura que o grao de insatisfeitos a menor temperatura é moi reducido se na súa actividade “queiman” 1,3 met, pero convértese nun ambiente insatisfactorio, por sensación de frío, para aqueles traballadores que apenas utilizan 1,1 met.

Neste caso concreto para esta oficina, a temperatura que achegaría a menor porcentaxe de insatisfeitos sería a de 25,7 ºC (persoas cun clo de 0,5 e unha actividade entre 1,1 e 1,3 met).

Con todo iso, en condicións de refrixeración, despréndese que un menor nivel de illamento térmico na vestimenta permite elevar uns graos a temperatura de climatización, do mesmo xeito que a medida que a actividade é máis moderada pódese elevar a temperatura de climatización sen risco de incrementar de forma notable o PPI.

A análise en calefacción é similar, sendo neste caso un incremento do illamento da roupa o que permitiría reducir a temperatura do local sen afectar en gran medida ao PPI dos usuarios.

Tendo en conta todo isto, pódese fixar unha temperatura para as instalacións de climatización, sexa en calor ou en frío? O Regulamento de Instalacións Térmicas nos Edificios - RITE, na súa revisión do ano 2007, mantivo como condicións interiores de deseño os valores de temperaturas e humidade relativa establecidos nas versións anteriores:

 

Estación

Temperatura operativa  ° C

Humidade relativa %

Veraán

23 a 25

45 - 60

Inverno

21 a 23

40 - 50

 

 

Pero introduciu unha clarificación e foi que estes valores serían para persoas con actividade metabólica sedentaria de 1,2 met, con grao de vestimenta de 0,5 clo no verán e 1 clo no inverno e un PPD entre o 10% e o 20%.

Falando de benestar térmico, e esquecéndonos da instalación de climatización e pensando exclusivamente no noso corpo e na necesidade de estar en equilibrio, que obriga a cambiar a temperatura nun local entre verán ou inverno, se realizamos a mesma actividade? A única diferenza é a roupa que levamos, que non é a mesma no verán que no inverno, xa que debemos saír á rúa. Por iso, o RITE indica que a instalación se mova nun intervalo entre 21 ºC e 25 ºC cando a actividade é de 1,2 met e o clo varía entre 0,5 e 1.

Se ese local non tivese tamén que vencer as ganancias ou perdas de calor polos seus cerramentos, e ao estar pechado e requirir aire exterior de ventilación á temperatura da rúa, feitos ambos que obrigan a traballar en réxime de calefacción ou de refrixeración, a temperatura do local que o noso benestar necesita sería función básica do noso met e do noso clo.

A clarificación do RITE 2007 debeuse a que se consideraba que estes valores eran de aplicación para todo tipo de edificios e locais, mentres que a realidade é que debemos diferenciar as distintas actividades que se poden desenvolver nos mesmos e actuar en consecuencia. Por exemplo, non poden ser estas as condicións interiores dunha superficie comercial no inverno, onde a xente entra con abrigos e mantén unha actividade dinámica percorrendo o mesmo e cargando coa compra; ou dunha piscina climatizada, onde a temperatura ambiente deberá estar 2 ºC por riba da auga para que ao saírmos mollados evaporemos esta auga con menor sensación de frío. Ou que dicir dun ximnasio onde, segundo a práctica deportiva, a temperatura de confort estará sobre os 18 ºC

Ahorro energético en el hogar
Instalación solar térmica Hervidero de Cofrentes, Valencia