Confort térmico

El confort térmico o hidrotérmico es la condición mental que expresa satisfacción con el ambiente térmico y se evalúa mediante una evaluación subjetiva (ANSI/ASHRAE Standard 55). El cuerpo humano puede verse como un motor térmico en el que los alimentos son la energía de entrada. El cuerpo humano liberará el exceso de calor en el medio ambiente, por lo que el cuerpo puede seguir funcionando. La transferencia de calor es proporcional a la diferencia de temperatura. En ambientes fríos, el cuerpo pierde más calor al ambiente y en ambientes cálidos el cuerpo no libera suficiente calor. Tanto los escenarios fríos y calientes conducen a malestar. El mantenimiento de este nivel de confort térmico para los ocupantes de los edificios u otros recintos es uno de los objetivos importantes de HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) los ingenieros de diseño.

La neutralidad térmica se mantiene cuando se permite que el calor generado por el metabolismo humano se disipe, manteniendo así el equilibrio térmico con el entorno. Los principales factores que influyen en el confort térmico son los que determinan la ganancia de calor y la pérdida, la tasa a saber metabólica, aislamiento de la ropa, la temperatura del aire, la temperatura radiante media, velocidad del aire y la humedad relativa. Los parámetros psicológicos, como las expectativas individuales, también afectan al confort térmico. La temperatura de confort térmico puede variar mucho entre individuos y dependiendo de factores como el nivel de actividad, la ropa y la humedad.

El modelo Predicted Mean Vote (PMV) se encuentra entre los modelos de confort térmico más reconocidos. Fue desarrollado utilizando principios de balance de calor y datos experimentales recopilados en una cámara de clima controlado en condiciones de estado estable. El modelo adaptativo, por otro lado, se desarrolló en base a cientos de estudios de campo con la idea de que los ocupantes interactúen dinámicamente con su entorno. Los ocupantes controlan su ambiente térmico por medio de ropa, ventanas operables, ventiladores, calentadores personales y parasoles. El modelo PMV se puede aplicar a edificios con aire acondicionado, mientras que el modelo adaptativo se puede aplicar solo a edificios donde no se han instalado sistemas mecánicos.No existe consenso sobre qué modelo de confort se debe aplicar para edificios que están parcialmente climatizados espacial o temporalmente.

Cálculos de comodidad térmica de acuerdo con la Norma ANSI / ASHRAE 55, la norma ISO 7730 y la norma EN 16798-1 Standard pueden realizarse libremente, ya sea con la herramienta de Confort Térmico CBE para ASHRAE 55, con el paquete pythermalcomfort Python y con la comf paquete R.

Significado

La satisfacción con el entorno térmico es importante porque las condiciones térmicas son potencialmente mortales para los seres humanos si la temperatura corporal central alcanza condiciones de hipertermia, por encima de 37,5 a 38,3 °C (99,5 a 100,9 °F), o hipotermia por debajo de 35,0 °C (95,0 ° F). F). Los edificios modifican las condiciones del ambiente externo y reducen el esfuerzo que el cuerpo humano necesita hacer para mantenerse estable a una temperatura normal del cuerpo humano, importante para el correcto funcionamiento de los procesos fisiológicos humanos.

El escritor romano Vitruvio realidad este propósito vinculado al nacimiento de Arquitectura. David Linden también sugiere que la razón por la que asociamos playas tropicales con el paraíso es porque en esos ambientes es donde los cuerpos humanos tienen que hacer menos esfuerzo metabólico para mantener su temperatura central. La temperatura no sólo es compatible con la vida humana; frescura y calidez también se han convertido en las diferentes culturas símbolo de protección, la comunidad e incluso lo sagrado.

En estudios de ciencias de la construcción, el confort térmico se ha relacionado con la productividad y la salud. Los trabajadores de oficina que están satisfechos con su ambiente térmico son más productivos. La combinación de alta temperatura y alta humedad relativa reduce el confort térmico y la calidad del aire interior.

Aunque una sola temperatura estática puede ser cómodo, las personas se sienten atraídos por los cambios térmicos, tales como fogatas y piscinas fresco. Placer térmica es causada por variación de sensaciones térmicas de un estado de cosas desagradables a un estado de agradabilidad, y el término científico para ello es alliesthesia térmica positiva. A partir de un estado de neutralidad térmica o la comodidad cualquier cambio será percibida como desagradable. Esto desafía la suposición de que los edificios controlados mecánicamente deben entregar temperaturas uniformes y comodidad, si es a costa de la exclusión de placer térmica.

Factores de influencia

Puesto que hay grandes variaciones de una persona a otra en función de la satisfacción fisiológica y psicológica, es difícil encontrar a una temperatura óptima para todo el mundo en un espacio dado. Se recopilaron datos de laboratorio y de campo para definir las condiciones que se encontrarán cómodas para un porcentaje específico de ocupantes.

Hay seis factores primarios que afectan directamente el confort térmico que se pueden agrupar en dos categorías: factores personales, porque son características de los ocupantes, y factores ambientales, que son las condiciones del ambiente térmico. Los primeros son la tasa metabólica y el nivel de ropa, los segundos son la temperatura del aire, la temperatura radiante media, la velocidad del aire y la humedad. Si bien todos estos factores pueden variar con el tiempo, los estándares generalmente se refieren a un estado estable para estudiar el confort térmico, lo que permite variaciones de temperatura limitadas.

Tasa metabólica

Las personas tienen diferentes tasas metabólicas que pueden fluctuar debido al nivel de actividad y las condiciones ambientales. La norma ASHRAE 55-2010 define la tasa metabólica como el nivel de transformación de energía química en calor y trabajo mecánico por actividades metabólicas dentro de un organismo, generalmente expresada en términos de unidad de área de la superficie corporal total. La tasa metabólica se expresa en unidades conocido, que se definen como sigue:

1 reunido = 58,2 W / m² (18,4 Btu / h · ft²), que es igual a la energía producida por unidad de área de superficie de una persona promedio sentado en reposo. El área de superficie de una persona media es 1,8 m² (19 ft²).

ASHRAE Standard 55 proporciona una tabla de tarifas se reunieron para una variedad de actividades. Algunos valores comunes se reunieron 0,7 para dormir, 1,0 reunieron por una posición de sentado y tranquilo, 1.2 hasta 1.4 se reunieron por actividades de la luz de pie, 2,0 cumplieron o más de las actividades que implican movimiento, caminar, levantar cargas pesadas o manejar maquinaria. Para la actividad intermitente, la Norma establece que es admisible utilizar una tasa metabólica media ponderada en el tiempo si los individuos están realizando actividades que varían durante un período de una hora o menos. Para períodos más largos, diferentes tasas metabólicas deben ser considerados.

De acuerdo con el Manual de Fundamentos de ASHRAE, estimar las tasas metabólicas es complejo, y para niveles superiores a 2 o 3, especialmente si hay varias formas de realizar tales actividades, la precisión es baja. Por tanto, la Norma no es aplicable para actividades con un nivel medio superior a 2 cumplidos. Los valores Met también se pueden determinar con mayor precisión que los tabulados, utilizando una ecuación empírica que tiene en cuenta la tasa de consumo de oxígeno respiratorio y la producción de dióxido de carbono. Otro método fisiológico pero menos preciso es el relacionado con la frecuencia cardíaca, ya que existe una relación entre ésta y el consumo de oxígeno.

El Compendio de Actividades Físicas es utilizado por los médicos para registrar las actividades físicas. Se tiene una definición diferente de met que es la relación de la tasa metabólica de la actividad en cuestión a una tasa metabólica en reposo. Como la formulación del concepto es diferente a la que utiliza ASHRAE, estos valores met no se pueden utilizar directamente en los cálculos de PMV, pero abre una nueva forma de cuantificar las actividades físicas.

Los hábitos de comida y bebida pueden influir en las tasas metabólicas, lo que influye indirectamente en las preferencias térmicas. Estos efectos pueden cambiar dependiendo de la ingesta de alimentos y bebidas. La forma del cuerpo es otro factor que afecta al confort térmico. La disipación de calor depende del área de superficie corporal. Una persona alta y delgada tiene una mayor relación superficie-volumen, puede disipar el calor más fácilmente y puede tolerar temperaturas más altas que una persona con un cuerpo redondeado.

Aislamiento de ropa

La cantidad de aislamiento térmico usado por una persona tiene un impacto sustancial en el confort térmico, ya que influye en la pérdida de calor y por lo tanto el equilibrio térmico. Capas de ropa aislante previenen la pérdida de calor y pueden ayudar a mantener ya sea una cálida persona o provocar un sobrecalentamiento. En general, cuanto más gruesa es la prenda es, la capacidad mayor aislante que tiene. Dependiendo del tipo de material de la ropa se hace fuera de, el movimiento del aire y la humedad relativa pueden disminuir la capacidad de aislamiento del material.

1 clo es igual a 0,155 m²·K/W (0,88 °F·ft²·h/Btu). Esto corresponde a un pantalón, una camisa de manga larga y una chaqueta. Los valores de aislamiento de la ropa para otros conjuntos comunes o prendas individuales se pueden encontrar en ASHRAE 55.

Temperatura del aire

La temperatura del aire es la temperatura media del aire que rodea el ocupante, con respecto a la ubicación y la hora. De acuerdo con 55 estándar ASHRAE, el promedio espacial tiene en cuenta el tobillo, la cintura y la cabeza niveles, que varían para los ocupantes sentados o de pie. El promedio temporal se basa en intervalos de tres minutos con al menos 18 puntos igualmente espaciados en el tiempo. La temperatura del aire se mide con un termómetro de bulbo seco y por esta razón también se le conoce como la temperatura de bulbo seco.

Temperatura radiante media

La temperatura radiante está relacionada con la cantidad de calor radiante transferido desde una superficie y depende de la capacidad del material para absorber o emitir calor, o su emisividad. La temperatura radiante media depende de las temperaturas y emisividades de las superficies circundantes, así como el factor de vista, o la cantidad de la superficie que es “vista” por el objeto. Por lo tanto, la temperatura radiante media experimentada por una persona en una habitación con la luz del sol a raudales varía según la cantidad de su cuerpo que esté expuesta al sol.

Velocidad del aire

La velocidad del aire se define como la tasa de movimiento de aire en un punto, sin considerar la dirección. De acuerdo con la norma ANSI/ASHRAE 55, es la velocidad promedio del aire que rodea a un ocupante representativo, con respecto a la ubicación y el tiempo. El promedio espacial es para tres alturas definidas para la temperatura promedio del aire. Para un movimiento de los ocupantes en un espacio de los sensores deberán seguir los movimientos del ocupante. La velocidad del aire está como promedio durante un intervalo de no menos de uno y no mayor de tres minutos. Las variaciones que se produzcan durante un período superior a tres minutos se tratarán como múltiples velocidades del aire diferentes.

Humedad relativa

La humedad relativa (RH) es la relación de la cantidad de vapor de agua en el aire a la cantidad de vapor de agua que el aire podría sostener a la temperatura y presión específica. Mientras que el cuerpo humano tiene termorreceptores en la piel que permiten a la percepción de la temperatura, la humedad relativa se detecta indirectamente. El sudor es un mecanismo de pérdida de calor eficaz que se basa en la evaporación de la piel. Sin embargo a alta humedad relativa, el aire tiene cerca del vapor de agua máximo que puede contener, por lo que la evaporación, y por lo tanto la pérdida de calor, se reduce. Por otro lado, muy seco entornos (HR <20-30%) también son incómodos debido a su efecto sobre las membranas mucosas. El nivel recomendado de humedad en el interior está en el intervalo de 30-60% en edificios con aire acondicionado,pero nuevos estándares como el modelo adaptativo permiten humedades más bajas y más altas, dependiendo de los otros factores que intervienen en el confort térmico.

Recientemente, los efectos de la baja humedad relativa y la alta velocidad del aire se probaron en humanos después del baño. Los investigadores encontraron que la baja humedad relativa genera malestar térmico, así como la sensación de sequedad y picazón. Se recomienda mantener niveles de humedad relativa más altos en un baño que en otras habitaciones de la casa para obtener condiciones óptimas.

Humedad de la piel

La humedad de la piel se define como "la proporción de la superficie total de la piel del cuerpo cubierta de sudor". La humedad de la piel en diferentes zonas también afecta al confort térmico percibido. La humedad puede aumentar la humedad en diferentes zonas del cuerpo, dando lugar a una percepción de incomodidad. Esto generalmente se localiza en diferentes partes del cuerpo, y los límites locales de comodidad térmica para la humedad de la piel difieren según la ubicación del cuerpo. Las extremidades son mucho más sensibles a las molestias térmicas por la humedad que el tronco del cuerpo. Aunque el malestar térmico local puede ser causado por la humedad, el confort térmico de todo el cuerpo no se verá afectado por la humedad de ciertas partes.

Interacción de temperatura y humedad.

Se han desarrollado diversos tipos de temperatura aparente de combinar temperatura del aire y la humedad del aire. Para temperaturas más altas, hay escalas cuantitativas, tales como el índice de calor. Para temperaturas más bajas, una interacción relacionada sólo se identificó cualitativamente:

La alta humedad y las bajas temperaturas hacen que el aire se sienta frío.

El aire frío con alta humedad relativa "se siente" más frío que el aire seco de la misma temperatura porque la alta humedad en climas fríos aumenta la conducción del calor del cuerpo.

Ha habido controversia sobre por qué el aire frío húmedo se siente más frío que el aire frío seco. Algunos creen que es porque cuando la humedad es alta, nuestra piel y nuestra ropa se humedecen y son mejores conductores del calor, por lo que hay más enfriamiento por conducción.

La influencia de la humedad puede ser exacerbado con el uso combinado de ventiladores (convección forzada de enfriamiento).

Ventilación natural

Muchos edificios utilizan una unidad HVAC para controlar su entorno térmico. Otros edificios cuentan con ventilación natural (o tendrían ventilación cruzada) y no dependen de sistemas mecánicos para brindar comodidad térmica. Dependiendo del clima, esto puede reducir drásticamente el consumo de energía. Sin embargo, a veces se considera un riesgo, ya que las temperaturas interiores pueden ser demasiado extremas si el edificio está mal diseñado. Los edificios adecuadamente diseñados y con ventilación natural mantienen las condiciones interiores dentro del rango en el que abrir las ventanas y usar ventiladores en el verano, y usar ropa adicional en el invierno, puede mantener a las personas térmicamente cómodas.

Modelos e Índices

Existen varios modelos o índices diferentes que se pueden utilizar para evaluar las condiciones de confort térmico en interiores, como se describe a continuación.

Método PMV / PPD

El modelo PMV/PPD fue desarrollado por PO Fanger utilizando ecuaciones de balance de calor y estudios empíricos sobre la temperatura de la piel para definir la comodidad. Las encuestas de confort térmico estándar preguntan a los sujetos sobre su sensación térmica en una escala de siete puntos, desde frío (-3) hasta calor (+3). Ecuaciones de Fanger se utilizan para calcular la media prevista Voto (PMV) de un grupo de sujetos para una combinación particular de la temperatura del aire, la temperatura media radiante, humedad relativa, velocidad del aire, la tasa metabólica, y el aislamiento de la ropa. PMV igual a cero representa la neutralidad térmica, y la zona de confort está definida por las combinaciones de los seis parámetros para los cuales el PMV está dentro de los límites recomendados (-0,5<PMV<+0,5). Aunque predecir la sensación térmica de una población es un paso importante para determinar qué condiciones son cómodas, es más útil considerar si las personas estarán satisfechas o no. Fanger desarrolló otra ecuación para relacionar el PMV con el porcentaje previsto de insatisfechos (PPD). Esta relación se basó en estudios que encuestaron a sujetos en una cámara donde las condiciones interiores podían controlarse con precisión.

El modelo PMV/PPD se aplica globalmente pero no tiene en cuenta directamente los mecanismos de adaptación y las condiciones térmicas exteriores.

ASHRAE Standard 55-2017 utiliza el modelo PMV para establecer los requisitos para las condiciones térmicas interiores. Requiere que al menos el 80% de los ocupantes estén satisfechos.

La herramienta de comodidad térmica CBE para ASHRAE 55 permite a los usuarios ingresar los seis parámetros de comodidad para determinar si una determinada combinación cumple con ASHRAE 55. Los resultados se muestran en un gráfico psicrométrico o de temperatura-humedad relativa e indican los rangos de temperatura y humedad relativa que se sentirá cómodo con la entrada de valores dada para los cuatro parámetros restantes.

El modelo PMV/PPD tiene una precisión de predicción baja. Usando la base de datos de encuestas de campo de confort térmico más grande del mundo, la precisión de PMV en la predicción de la sensación térmica del ocupante fue solo del 34%, lo que significa que la sensación térmica se predice correctamente una de cada tres veces. El PPD se sobreestima inaceptabilidad térmica del sujeto fuera de los intervalos neutralidad térmica (-1≤PMV≤1). La precisión de PMV/PPD varía mucho entre las estrategias de ventilación, los tipos de edificios y los climas.

Método de velocidad de aire elevada

ASHRAE 55 2013 considera velocidades del aire superiores a 0,2 metros por segundo (0,66 pies/s) por separado del modelo de referencia. Debido a que el movimiento del aire puede brindar enfriamiento directo a las personas, especialmente si no usan mucha ropa, las temperaturas más altas pueden ser más cómodas de lo que predice el modelo PMV. Se permiten velocidades de aire de hasta 0,8 m/s (2,6 pies/s) sin control local, y 1,2 m/s es posible con control local. Este movimiento de aire elevado aumenta la temperatura máxima para un espacio de oficina en el verano a 30 °C desde 27,5 °C (86,0–81,5 °F).

Energía Virtual para el Confort Térmico

"La energía virtual de Confort Térmico" es la cantidad de energía que se requiere para hacer un no-aire acondicionado construcción relativamente tan cómodo como uno con aire acondicionado. Esto se basa en la suposición de que la casa eventualmente instalará aire acondicionado o calefacción. Diseño pasivo mejora el confort térmico en un edificio, reduciendo así la demanda de calentamiento o enfriamiento. En muchos países en desarrollo, sin embargo, la mayoría de los ocupantes no se calientan en la actualidad o se enfrían, debido a las limitaciones económicas, así como las condiciones climáticas, que las condiciones de las líneas fronterizas de confort tales como las noches frías de invierno en Johannesburgo (Sudáfrica) o calurosos días de verano en San José, Costa Rica. Al mismo tiempo, al aumentar los ingresos, hay una fuerte tendencia a introducir de refrigeración y de calefacción. Si reconocemos y premiamos características de diseño pasivo que mejoran el confort térmico de hoy, disminuimos el riesgo de tener que instalar sistemas de aire acondicionado en el futuro, o al menos asegurarse de que tales sistemas serán más pequeñas y se utilizan con menos frecuencia. O en caso de que el sistema de calefacción o refrigeración no está instalado debido al alto costo, al menos la gente no debe sufrir de malestar en el interior. Para proporcionar un ejemplo, en San José, Costa Rica, si una casa estaban siendo diseñado con alto nivel de acristalamiento y los pequeños tamaños de apertura, la temperatura interna se elevaría fácilmente por encima de 30 ° C (86 ° F) y la ventilación natural no sería suficiente para eliminar la ganancia de calor y las ganancias solares interna. Esta es la razón por la energía virtual para la comodidad es importante.

herramienta de evaluación del Banco Mundial el software EDGE (Excelencia en Diseño para una mayor eficiencia) ilustra los problemas potenciales con molestias en los edificios y ha creado el concepto de energía virtual para la comodidad que proporciona una manera de presentar incomodidad térmica potencial. Este enfoque se utiliza para premio a soluciones de diseño que mejora el confort térmico incluso en un edificio en funcionamiento totalmente libre. A pesar de la inclusión de requisitos de sobrecalentamiento en CIBSE, el sobreenfriamiento no se ha evaluado. Sin embargo, enfriar demasiado puede ser un problema, sobre todo en el mundo en desarrollo, por ejemplo, en ciudades como Lima (Perú), Bogotá y Delhi, donde más frías temperaturas interiores pueden ocurrir con frecuencia. Esto puede ser una nueva área de orientación investigación y el diseño para la reducción de las molestias.

Efecto refrescante

ASHRAE 55-2017 define el efecto de enfriamiento (CE) a una velocidad del aire elevada (por encima de 0,2 metros por segundo (0,66 pies/s)) como el valor que, cuando se resta tanto de la temperatura del aire como de la temperatura radiante media, produce el mismo SET valor bajo aire todavía (0,1 m / s) como en el primer cálculo SET bajo velocidad de aire elevada.{ Displaystyle SET (t_ {a}, t_ {r}, v, se reunió, clo, RH) = SET (t_ {a} -CE, t_ {r} -CE, v = 0,1, se reunió, clo, RH) }

La CE se puede utilizar para determinar la PMV ajustado para un entorno con una velocidad de aire elevada utilizando la temperatura ajustada, la temperatura radiante ajustado y todavía de aire (0,2 metros por segundo (0,66 pies / s)). Cuando las temperaturas ajustadas son iguales al aire original y temperaturas medias radiantes menos la CE.

Molestias Térmicas Locales

Evitar la incomodidad térmica local, ya sea causada por una diferencia de temperatura del aire vertical entre los pies y la cabeza, por un campo radiante asimétrico, por enfriamiento convectivo local (corriente de aire) o por contacto con un piso frío o caliente, es esencial para proporcionar una temperatura térmica aceptable. comodidad. Las personas son generalmente más sensibles a las molestias locales cuando su sensación térmica es más fría que neutra, mientras que son menos sensibles cuando su cuerpo es más cálido que neutro.

Asimetría de temperatura radiante

Grandes diferencias en la radiación térmica de las superficies que rodean a una persona pueden causar molestias locales o reducir la aceptación de las condiciones térmicas. ASHRAE Standard 55 establece límites en las diferencias de temperatura permitidas entre varias superficies. Debido a que las personas son más sensibles a algunas asimetrías que otras, por ejemplo, la de un techo cálido frente a la de superficies verticales frías y calientes, los límites dependen de las superficies involucradas. No se permite que el techo esté más de +5 °C (9,0 °F) más caliente, mientras que una pared puede estar hasta +23 °C (41 °F) más caliente que las demás superficies.

Sequía

Si bien el movimiento del aire puede ser agradable y brindar comodidad en algunas circunstancias, a veces no es deseado y causa incomodidad. Este movimiento de aire no deseado se denomina "corriente de aire" y es más frecuente cuando la sensación térmica de todo el cuerpo es fresca. La gente es más probable que se sienta un proyecto en partes del cuerpo no cubiertas tales como su cabeza, cuello, hombros, tobillos, pies y piernas, pero la sensación también depende de la velocidad del aire, temperatura del aire, la actividad, y la ropa.

Temperatura de la superficie del suelo

Los suelos demasiado cálidos o demasiado fríos pueden causar molestias, según el calzado. ASHRAE 55 recomienda que la temperatura del piso se mantenga en el rango de 19 a 29 °C (66 a 84 °F) en espacios donde los ocupantes usarán zapatos livianos.

Temperatura efectiva estándar

La temperatura efectiva estándar (SET) es un modelo de la respuesta humana al ambiente térmico. Desarrollado por AP Gagge y aceptado por ASHRAE en 1986, también se conoce como el modelo Pierce Two-Node. Su cálculo es similar al PMV porque es un índice de comodidad integral basado en ecuaciones de balance de calor que incorpora los factores personales de vestimenta y tasa metabólica. Su diferencia fundamental es que se necesita un método de dos nodos para representar la fisiología humana en la medición de temperatura de la piel y wettedness piel.

El índice SET se define como la temperatura de bulbo seco equivalente de un entorno isotérmica a 50% de humedad relativa en la que un sujeto, mientras que el uso de ropa estandarizada para la actividad en cuestión, tendría el mismo estrés térmico (temperatura de la piel) y la tensión de termorregulación (wettedness piel) como en el entorno de prueba real.

La investigación ha probado el modelo con datos experimentales y se encontró que tiende a temperatura de la piel sobreestimación y wettedness piel subestimación. Fuente y Huizenga (1997) desarrollaron una herramienta de predicción de la sensación térmica que calcula SET. El índice SET también se puede calcular utilizando la Herramienta de Confort Térmico CBE para ASHRAE 55, el pythermalcomfort paquete Python, o la comf paquete R.

Modelo de confort adaptativo

El modelo adaptativo se basa en la idea de que el clima exterior influye en el confort interior, porque el ser humano puede adaptarse a diferentes temperaturas durante diferentes épocas del año. La hipótesis adaptativa predice que los factores contextuales, como tener acceso a controles ambientales y el historial térmico pasado, pueden influir en las expectativas y preferencias térmicas de los ocupantes del edificio.Numerosos investigadores han realizado estudios de campo en todo el mundo en los que encuestan a los ocupantes de edificios sobre su confort térmico mientras toman medidas ambientales simultáneas. El análisis de una base de datos de los resultados de 160 de estos edificios reveló que los ocupantes de los edificios con ventilación natural aceptan y prefieren incluso una gama más amplia de temperaturas que sus contrapartes en edificios sellados, con aire acondicionado, debido a que su temperatura preferida depende de las condiciones al aire libre. Estos resultados se incorporaron en la norma ASHRAE 55-2004 como el modelo confort adaptativo. El gráfico adaptativo relaciona la temperatura de confort interior con la temperatura exterior predominante y define zonas de 80 % y 90 % de satisfacción.

El ASHRAE-55 2010 Standard introdujo la temperatura exterior media que prevalece como la variable de entrada para el modelo adaptativo. Se basa en la media aritmética de las temperaturas exteriores medias diarias durante no menos de 7 y no más de 30 días consecutivos antes de la fecha en cuestión. También se puede calcular mediante la ponderación de las temperaturas con diferentes coeficientes, asignando cada vez más importancia a las temperaturas más reciente. En caso de que se utiliza esta ponderación, no hay necesidad de respetar el límite superior para los días posteriores. Con el fin de aplicar el modelo de adaptación, no debería haber ningún sistema mecánico de refrigeración para el espacio, los ocupantes deben participar en actividades sedentarias con tasas metabólicas de 1-1,3 conocido, y una temperatura media predominante de 10 a 33,5 ° C (50,0-92,3 ° F).

Este modelo se aplica especialmente a los espacios acondicionados de forma natural y controlados por los ocupantes, donde el clima exterior puede afectar las condiciones interiores y, por lo tanto, la zona de confort. De hecho, los estudios realizados por de Dear y Brager demostraron que los ocupantes de edificios con ventilación natural toleraban un rango más amplio de temperaturas. Esto se debe a ajustes tanto conductuales como fisiológicos, ya que existen diferentes tipos de procesos adaptativos. El estándar ASHRAE 55-2010 establece que las diferencias en las experiencias térmicas recientes, los cambios en la ropa, la disponibilidad de opciones de control y los cambios en las expectativas de los ocupantes pueden cambiar las respuestas térmicas de las personas.

Los modelos adaptativos de confort térmico se implementan en otros estándares, como el estándar europeo EN 15251 e ISO 7730. Si bien los métodos de derivación exactos y los resultados son ligeramente diferentes del estándar adaptativo ASHRAE 55, son sustancialmente los mismos. Una diferencia mayor está en la aplicabilidad. El estándar adaptativo ASHRAE solo se aplica a edificios sin refrigeración mecánica instalada, mientras que EN15251 se puede aplicar a edificios de modo mixto, siempre que el sistema no esté funcionando.

Básicamente, hay tres categorías de adaptación térmica, a saber: de comportamiento, fisiológicas y psicológicas.

Adaptación psicológica

El nivel de comodidad de un individuo en un entorno dado puede cambiar y adaptarse con el tiempo debido a factores psicológicos. La percepción subjetiva del confort térmico puede estar influenciada por el recuerdo de experiencias previas. La habituación tiene lugar cuando la exposición repetida modera las expectativas futuras y las respuestas a los estímulos sensoriales. Este es un factor importante para explicar la diferencia entre las observaciones de campo y las predicciones de PMV (basadas en el modelo estático) en edificios con ventilación natural. En estos edificios, la relación con las temperaturas exteriores ha sido el doble de fuerte de lo previsto.

La adaptación psicológica es sutilmente diferente en los modelos estático y adaptativo. Las pruebas de laboratorio del modelo estático pueden identificar y cuantificar los factores que no son de transferencia de calor (psicológicos) que afectan la comodidad reportada. El modelo adaptativo se limita a informar las diferencias (llamadas psicológicas) entre la comodidad modelada y la informada.

El confort térmico como un "estado de ánimo" se define en términos psicológicos. Entre los factores que afectan a la condición de la mente (en el laboratorio) son una sensación de control sobre la temperatura, el conocimiento de la temperatura y la aparición del medio ambiente (prueba). Una cámara de ensayo térmico que apareció residencial "sentía" más caliente que una que parecía el interior de un refrigerador.

Adaptación fisiológica

El cuerpo tiene varios mecanismos de ajuste térmico para sobrevivir en ambientes de temperatura drástica. En un ambiente frío, el cuerpo utiliza la vasoconstricción; lo que reduce el flujo de sangre a la piel, la temperatura de la piel y la disipación de calor. En un ambiente cálido, la vasodilatación aumentará el flujo de sangre a la piel, el transporte de calor, la temperatura de la piel y la disipación de calor.Si hay un desequilibrio a pesar de los ajustes vasomotores enumerados anteriormente, en un ambiente cálido producción de sudor se iniciará y proporcionar enfriamiento por evaporación. Si esto es insuficiente, se producirá hipertermia, la temperatura corporal puede alcanzar los 40 °C (104 °F) y puede producirse un golpe de calor. En un ambiente frío, comenzarán los escalofríos, lo que obligará involuntariamente a los músculos a trabajar y aumentará la producción de calor hasta un factor de 10. Si no se restablece el equilibrio, puede producirse hipotermia, que puede ser fatal.Los ajustes a largo plazo a las temperaturas extremas, de unos pocos días a seis meses, pueden provocar ajustes cardiovasculares y endocrinos. Un clima cálido puede crear un aumento del volumen de sangre, mejorando la eficacia de la vasodilatación, mejorando el rendimiento del mecanismo del sudor y el reajuste de las preferencias térmicas. En frío o condiciones bien calentados, la vasoconstricción puede convertirse en permanente, lo que resulta en una disminución de volumen de sangre y mayor tasa metabólica cuerpo.

Adaptación conductual

En edificios con ventilación natural, los ocupantes toman numerosas medidas para mantenerse cómodos cuando las condiciones interiores se vuelven incómodas. Operar ventanas y ventiladores, ajustar persianas/cortinas, cambiarse de ropa y consumir alimentos y bebidas son algunas de las estrategias de adaptación comunes. Entre estos, el ajuste de ventanas es el más común. Esos ocupantes que toman este tipo de acciones tienden a sentirse más fresco a temperaturas más altas que las que no lo hacen.

Las acciones de comportamiento influyen significativamente en las entradas de la simulación de energía, y los investigadores están desarrollando modelos de comportamiento para mejorar la precisión de los resultados de la simulación. Por ejemplo, hay muchos modelos de apertura de ventanas que se han desarrollado hasta la fecha, pero no hay consenso sobre los factores que desencadenan la apertura de ventanas.

La gente puede adaptarse a temporada de calor por cada vez más nocturna, haciendo actividad física e incluso la realización de negocios en la noche.

Especificidad y sensibilidad

Diferencias individuales

La sensibilidad térmica de un individuo se cuantifica mediante el descriptor F _S, que toma valores más altos para individuos con menor tolerancia a condiciones térmicas no ideales. Este grupo incluye mujeres embarazadas, discapacitados, así como personas cuya edad es menor de catorce años o mayor de sesenta años, que se considera el rango de adultos. La literatura existente proporciona evidencia consistente de que la sensibilidad a las superficies frías y calientes generalmente disminuye con la edad. También hay alguna evidencia de una reducción gradual en la efectividad del cuerpo en la termorregulación después de los sesenta años. Esto se debe principalmente a una respuesta más lenta de los mecanismos de contraataque en las partes inferiores del cuerpo que se utilizan para mantener la temperatura central del cuerpo en valores ideales. Las personas mayores prefieren temperaturas más cálidas que los adultos jóvenes (76 frente a 72 grados F).

Los factores situacionales incluyen las actividades de salud, psicológicas, sociológicas y vocacionales de las personas.

Diferencias biológicas de sexo

Mientras que las preferencias de confort térmico entre sexos parecen ser pequeñas, hay algunas diferencias promedio. Los estudios han encontrado machos en promedio molestias informe debido a la subida de temperatura mucho antes que las hembras. Los hombres, en promedio, también estiman los niveles más altos de su sensación de incomodidad que las hembras. Un estudio reciente prueba machos y hembras de la misma ropa de algodón, la realización de trabajos mentales durante el uso de un voto de línea para informar de su confort térmico a la temperatura cambiante. Muchas veces, las hembras prefieren temperaturas más altas. Pero mientras que las mujeres tienden a ser más sensibles a las temperaturas, los hombres tienden a ser más sensibles a los niveles de humedad relativa-.

Un extenso estudio de campo se llevó a cabo en la ventilación natural edificios residenciales en Kota Kinabalu, Sabah, Malasia. Esta investigación exploró los sexos sensibilidad térmica con el medio ambiente interior en los edificios residenciales sin aire acondicionado. regresión jerárquica múltiple para moderador categórica fue seleccionado para análisis de datos; El resultado mostró que, como grupo hembras fueron ligeramente más sensible que los machos a las temperaturas del aire de interior, mientras que, en virtud de neutralidad térmica, se encontró que los machos y las hembras tienen sensación térmica similar.

Diferencias regionales

En diferentes partes del mundo, las necesidades de confort térmico pueden variar en función del clima. En China el clima tiene veranos calientes, húmedos e inviernos fríos, provocando una necesidad de confort térmico eficiente. La conservación de energía en relación con el confort térmico se ha convertido en un gran problema en China en las últimas décadas debido al rápido crecimiento económico y demográfico. Los investigadores están estudiando formas de calentar y enfriar edificios en China para reducir los costos y también con menos daño al medio ambiente.

En las áreas tropicales de Brasil, la urbanización está creando islas de calor urbano (UHI). Estas son áreas urbanas que han superado los límites de confort térmico debido a una gran afluencia de personas y solo caen dentro del rango confortable durante la temporada de lluvias. Las islas de calor urbanas pueden ocurrir en cualquier ciudad urbana o área construida con las condiciones correctas.

En la región cálida y húmeda de Arabia Saudita, el tema del confort térmico ha sido importante en las mezquitas, porque son edificios abiertos muy grandes que se usan solo de manera intermitente (muy ocupados para la oración del mediodía los viernes) y es difícil ventilarlos adecuadamente.. El gran tamaño requiere una gran cantidad de ventilación, lo que requiere una gran cantidad de energía, ya que los edificios se utilizan sólo por períodos cortos de tiempo. regulación de la temperatura en las mezquitas es un reto debido a la demanda intermitente, lo que lleva a muchas mezquitas ser demasiado caliente o demasiado frío. El efecto de chimenea también entra en juego debido a su gran tamaño y crea una gran capa de aire caliente por encima de las personas en la mezquita. Los nuevos diseños han colocado los sistemas de ventilación más baja en los edificios para proporcionar más control de la temperatura a nivel del suelo.También se están tomando nuevos pasos de monitoreo para mejorar la eficiencia.

Estrés termal

El concepto de confort térmico está estrechamente relacionada con el estrés térmico. Este intentos para predecir el impacto de la radiación solar, el movimiento del aire y la humedad para el personal militar se someten a ejercicios de entrenamiento o los atletas durante los eventos competitivos. Se han propuesto varios índices de estrés térmico, tal como la cepa predicha de calor (PHS) o el Humidex. En general, los seres humanos no se desempeñan bien bajo estrés térmico. Actuaciones de las personas sometidas a estrés térmico es aproximadamente 11% más bajo que su desempeño en condiciones húmedas térmicas normales. También, el rendimiento humano en relación a la tensión térmica varía en gran medida por el tipo de tarea que la persona está completando. Algunos de los efectos fisiológicos de la tensión térmica de calor incluyen el flujo de sangre aumentó a la piel, sudoración y aumento de la ventilación.

Tensión de calor prevista (PHS)

El modelo PHS, desarrollado por el comité de la Organización Internacional de Normalización (ISO), permite la evaluación analítica del estrés térmico experimentado por un sujeto de trabajo en un ambiente caluroso.En él se describe un método para predecir la tasa de sudor y la temperatura del núcleo interno que el cuerpo humano desarrollará en respuesta a las condiciones de trabajo. El PHS se calcula como una función de varios parámetros físicos, con lo cual hace que sea posible determinar qué parámetro o grupo de parámetros deben ser modificados, y en qué medida, con el fin de reducir el riesgo de cepas fisiológicas. El modelo PHS no predice la respuesta fisiológica de un sujeto individual, pero sólo tiene en cuenta los sujetos normales en buen estado de salud y apto para el trabajo que realizan. Los PHS se pueden determinar utilizando el pythermalcomfort paquete Python o la comf paquete R.

Investigar

Los factores que influyen en el confort térmico se estudiaron experimentalmente en la década de 1970. Muchos de estos estudios condujeron al desarrollo y perfeccionamiento de la norma ASHRAE 55 y se llevaron a cabo en la Universidad del Estado de Kansas por Ole Fanger y otros. Se encontró el confort percibido como una compleja interacción de estas variables. Se encontró que la mayoría de los individuos se satisface mediante un conjunto ideal de valores. A medida que el rango de valores desviado progresivamente desde el ideal, cada vez menos personas fueron satisfechos. Esta observación podría expresarse estadísticamente como el porcentaje de personas que expresaron su satisfacción por las condiciones de confort y el voto Medio predicho(PMV). Este enfoque fue desafiado por el modelo de confort adaptativo, desarrollado a partir del proyecto ASHRAE 884, que reveló que los ocupantes se sentían cómodos en un rango más amplio de temperaturas.

Se aplica esta investigación para crear energía en edificios Simulación (BES) programas para edificios residenciales. Los edificios residenciales en particular pueden variar mucho más en el confort térmico que los edificios públicos y comerciales. Esto es debido a su menor tamaño, las variaciones en la ropa usada, y diferentes usos de cada habitación. Las principales salas de interés son los baños y los dormitorios. Los baños deben tener una temperatura cómoda para un ser humano con o sin ropa. Los dormitorios son importantes porque necesitan acomodar diferentes niveles de ropa y también diferentes tasas metabólicas de personas dormidas o despiertas. Las horas de incomodidad son una métrica común utilizada para evaluar el rendimiento térmico de un espacio.

la investigación confort térmico en la ropa se está haciendo actualmente por los militares. prendas nuevas ventilado con aire están siendo investigados para mejorar el enfriamiento por evaporación en entornos militares. Algunos modelos se crean y se prueban sobre la base de la cantidad de refrigeración que proporcionan.

En los últimos veinte años, los investigadores también han desarrollado modelos avanzados de confort térmico que dividen el cuerpo humano en muchos segmentos y predicen el malestar térmico local considerando el equilibrio térmico. Esto ha abierto una nueva arena de modelado de confort térmico que apunta a calentar/enfriar partes del cuerpo seleccionadas.

Entornos médicos

Cada vez que los estudios a los que se hace referencia intentaron discutir las condiciones térmicas para diferentes grupos de ocupantes en una habitación, los estudios terminaron simplemente presentando comparaciones de satisfacción con el confort térmico basadas en estudios subjetivos. Ningún estudio trató de conciliar los diferentes requisitos de confort térmico de los diferentes tipos de ocupantes que deben permanecer obligatoriamente en una habitación. Por tanto, parece necesario investigar las diferentes condiciones térmicas requeridas por diferentes grupos de ocupantes en hospitales para conciliar sus diferentes requerimientos en este concepto. Para conciliar las diferencias en las condiciones de confort térmico requeridas, se recomienda probar la posibilidad de utilizar diferentes rangos de temperatura radiante local en una habitación a través de un sistema mecánico adecuado.

Aunque se realizan diferentes investigaciones sobre el confort térmico de los pacientes en los hospitales, también es necesario estudiar los efectos de las condiciones de confort térmico sobre la calidad y la cantidad de curación de los pacientes en los hospitales. También existen investigaciones originales que muestran la relación entre el confort térmico del personal y sus niveles de productividad, pero no se han producido estudios de forma individual en hospitales en este campo. Por lo tanto, se recomienda investigar la cobertura y los métodos individualmente para este tema. También se recomienda investigar en términos de sistemas de suministro de refrigeración y calefacción para pacientes con bajos niveles de protección del sistema inmunitario (como pacientes con VIH, pacientes quemados, etc.). Hay áreas importantes, en las que aún es necesario enfocarse en incluir el confort térmico para el personal y su relación con su productividad,

Finalmente, la interacción entre personas, sistemas y diseño arquitectónico en hospitales es un campo en el que se requiere más trabajo para mejorar el conocimiento de cómo diseñar edificios y sistemas para conciliar muchos factores conflictivos para las personas que ocupan estos edificios.

Sistemas de confort personal

Los sistemas de confort personal (PCS) se refieren a dispositivos o sistemas que calientan o enfrían personalmente a un ocupante del edificio.Este concepto se aprecia mejor en contraste con los sistemas HVAC centrales que tienen configuraciones de temperatura uniformes para áreas extensas. Los sistemas de confort personal incluyen ventiladores y difusores de aire de varios tipos (p. ej., ventiladores de escritorio, boquillas y difusores de ranura, ventiladores de techo, ventiladores de gran volumen y baja velocidad, etc.) y fuentes personalizadas de calor radiante o conductivo (calentadores de pies, calentadores de piernas, bolsas de agua caliente etc.). PCS tiene el potencial de satisfacer los requisitos de comodidad individual mucho mejor que los sistemas HVAC actuales, ya que las diferencias interpersonales en la sensación térmica debido a la edad, el sexo, la masa corporal, la tasa metabólica, la vestimenta y la adaptación térmica pueden ascender a una variación de temperatura equivalente de 2 a 5 K., que es imposible de satisfacer para un sistema HVAC central y uniforme.Además, la investigación ha demostrado que la capacidad percibida de controlar el entorno térmico propio tiende a ampliar el rango de temperaturas tolerables. Tradicionalmente, los dispositivos PCS se han utilizado aislados unos de otros. Sin embargo, ha sido propuesto por Andersen et al. (2016) que una red de dispositivos PCS que generan microzonas de confort térmico bien conectadas y reportan información de ocupantes en tiempo real y responden a solicitudes de actuación programática (por ejemplo, una fiesta, una conferencia, un concierto, etc.) puede combinarse con ocupantes- aplicaciones de construcción conscientes para habilitar nuevos métodos de maximización de la comodidad.