Los usuarios finales se quejan constantemente sobre los problemas de climatización en diferentes espacios (hoteles, cines, discotecas, oficinas). La solución está a nuestro alcance.
por Camilo Botero*
Analizando temas que podrían ser de interés de los apreciables lectores de ACR Latinoamérica, el Editor me sugirió este sobre los problemas que se presentan en las instalaciones de aire acondicionado de confort humano, el cual me pareció muy interesante pues en tantos años de hablar sobre el tema, colocarlo como parámetros de diseño, discutir sus límites por ejemplo en la elaboración del RITE; no había escrito un artículo sobre los problemas frecuentes que se presentan en este tema, como es muy notorio por ejemplo en cines, aviones, oficinas, discotecas y en algunas soluciones bioclimáticas.
La sensación de ausencia de confort puede darse por temperaturas altas o bajas, humedades ídem, ruido en los equipos, en los ductos o en los difusores, polvo u olores, ráfagas de aire frío o caliente, sensación de estancamiento, etc., o simplemente por el estado de salud o ánimo de las personas.
Resolver esos problemas requiere un excelente diseño, cumplimiento de normas, montaje idóneo, operación y mantenimiento estrictos e impecables, un adecuado control y precisa información a los usuarios de cuáles son las condiciones de confort que su instalación debe alcanzar.
Definición de confort térmico
Me basaré en el Capítulo 9 del Fundamentals de ASHRAE y obviamente en el ASHRAE Estándar 55; este lo define de una manera muy sutil diciendo que es “esa condición de la mente que expresa satisfacción con el medio ambiente”. Obviamente esta definición es un poco etérea, pues los términos “condición de la mente” y “satisfacción” son ambiguos, pero claramente enfatizan que la percepción de bienestar térmico es un proceso cognitivo, que envuelve una gran variedad de parámetros, influenciados por procesos físicos, fisiológicos, psicológicos, entre otros.
Lo importante es que tanto los ingenieros y técnicos que diseñan, instalan y mantienen los sistemas de climatización, entiendan los fundamentos de la termorregulación humana, la sensación de confort y condiciones sanitarias para que los usuarios finales se sientan satisfechos.
Obviamente a los propietarios, gerentes de proyectos, interventores y usuarios de la climatización, debe dársele formación relacionada con estos aspectos, para que no tengan nociones erradas o falsas expectativas, pues ya que finalmente el tema de confort es subjetivo y circunstancial lo que espera cada persona del sistema de aire acondicionado es diferente. Por esta razón existe el estándar 55 de ASHRAE y el RITE, para que esas condiciones de confort sean convenientes para que un porcentaje alto de ocupantes se sienta confortable.
Otra manera de expresarlo es que un sistema de climatización confortable térmicamente es aquel en el cual hay un balance equilibrado de masas y energía entre el cuerpo humano y el medio ambiente que lo rodea y allí la temperatura del cuerpo se mantiene dentro de rangos bajos, la humedad de la piel es baja y los esfuerzos fisiológicos de regulación se minimizan. A veces les agrego a mis clientes para hacer muy comprensivo el concepto: “Es como la buena salud…no se siente que se tiene”.
El confort depende también de comportamientos que se inician consciente o inconscientemente, guiados por sensaciones térmicas y de humedad que reducen el disconfort. Algunos ejemplos son la ropa adecuada para el clima, alterar la actividad, reubicarse fuera del efecto de descarga de un difusor de aire acondicionado o de la radiación solar directa, cambiar el valor de referencia del termóstato, abrir una ventana, quejarse o salir del espacio.
Sorpresivamente aún cuando en el mundo los climas, condiciones de vida y culturas, difieren de manera muy considerable, la temperatura que la gente escoge para confort bajo condiciones similares de vestuario y actividad, la humedad y el movimiento del aire, han sido halladas muy similares.
Termorregulación humana
Las actividades metabólicas del cuerpo resultan casi completamente en generación de calor que debe ser disipado y regulado, para mantener la temperatura normal del cuerpo (38 °C), insuficiente disipación conduce a la hipertermia y demasiada pérdida de calor a la hipotermia.
Temperatura de la piel superior a 45 ° C e inferior a 18 ° C, causa molestia y hasta dolores. Cuando se tiene confort dicha temperatura de la piel estará entre 33 y 34 °C. El centro regulatorio del cerebro trata de mantenerla entre 36.8 y 37.4 °C; el hipotálamo es el órgano central de control y recibe señales de la piel y la sangre y regula la temperatura, por ejemplo con vasodilatación, vasoconstricción o sudor el cual es un poderoso medio de enfriar el núcleo del cuerpo.
En reposo un adulto produce del orden de 100 W (341 Btu/hr) de calor y como este se disipa principalmente a través de la piel conviene tipificarlo por unidad de área (1.8 m2 seleccionado) o sea aproximadamente 58 W/m2 y a esta unidad se le llama un met. Obviamente hay diferencias de género y étnicas. Otras actividades diferentes al reposo se definen en términos de la unidad met, por ejemplo se puede decir que un trabajo rudo o una actividad deportiva tendrían una actividad metabólica, digamos de 5 met.
Balance de energía
La ecuación (1) (Ver Pág. 9.2 Fundamentals 2013), que representa el modelo matemático de la interacción del cuerpo humano con su medio ambiente; es compleja (por esa razón no la coloco aquí).
Esta describe que la rata metabólica total M, puede ser disipada a través de trabajo total W, y diferentes mecanismos de disipación como los siguientes:
- Pérdidas totales de calor a través de la piel y la respiración.
- Pérdidas de calores sensible y de evaporación a través de la piel.
- Rata de pérdida de calor convectivo y evaporativo a través de la respiración.
- Rata de calor almacenado en los compartimentos de la piel.
- Rata de calor almacenado en el núcleo del cuerpo.
Las pérdidas de calores sensible y latente desde la piel se expresan típicamente en términos de factores del medio ambiente, su temperatura y su humedad. Estos factores también tienen en cuenta el aislamiento térmico y la permeabilidad de la humedad en la ropa.
La velocidad del aire sobre la piel de las personas es un factor decisivo de confort o disconfort, así mismo y la presión de vapor de agua del ambiente. La rata de almacenamiento de calor en el cuerpo iguala la rata de incremento de su energía interna. El cuerpo puede considerarse como dos compartimentos térmicos: la piel y el núcleo.
Intercambio térmico con el medio ambiente
Si se estudia en detalle el capítulo 9 del Fundamentals, aparecen todos los fenómenos, la información cuantitativa y los cálculos de transferencia de calor y masa entre la gente y su medio ambiente. Las descripciones matemáticas de los balances de energía y masa combinan enfoques racionales y empíricos de tales estimaciones. Los principios fundamentales de la transferencia de calor y masa son utilizados en estos cálculos así como expresiones empíricas para determinar los valores de las ratas de transferencia de calor, así como los mecanismos de control termo-fisiológico, como funciones de la piel y del núcleo del cuerpo humano.
Condiciones para el confort térmico
El estándar 55 de ASHRAE se ocupa de este tema y su comité revisa periódicamente los parámetros, los cuales especifican las zonas de confort, en donde el 80% de las personas sedentarias o ligeramente activas, encuentran el medio ambiente térmicamente aceptable.
A causa de que la gente usa diferentes niveles de ropa, dependiendo de la situación y el clima, el estándar 55 define zonas de confort para diferentes niveles de vestimenta: 0.5 y 1.0 clo (0.078 a 0.155 m2-K/W) (podría decirse como referencia que 1.0 clo es ropa de invierno y 0.5 clo es ropa de verano). Aquí el lector puede referirse a la Fig. 5 de la pág. 9.12 en donde aparecen las zonas de confort para verano e invierno.
Para un clima tropical húmedo como el que prevalece en mi región, especifico como condiciones de confort:
- Temperatura 24 °C +/- 1 °C
- Humedad Relativa 55% +/- 5 %
- Velocidades del aire del orden de 0.5 m/s (100 fpm).
Calidad del aire en el interior
Para terminar, debe dársele también una gran importancia para el tema de calidad del aire en el interior a la filtración (estándar ASHRAE 52) y a las ratas de aire exterior (estándar ASHRAE 62) y por supuesto al uso racional de la energía y cuidado del medio ambiente (estándar ASHRAE 90), estos aspectos pueden ampliarse en columnas posteriores. * Camilo Botero es el actual Secretario de la Federación de Asociaciones Iberoamericanas del Aire Acondicionado y la Refrigeración - FAIAR; fue presidente de ACAIRE y es presidente de Camilo Botero Ingenieros Consultores Ltda. Se ha desempeñado como docente en varias universidades colombianas, gremios y actualmente en ACAIRE en cursos de diplomado de proyectos de aire acondicionado, eficiencia energética en aire acondicionado y refrigeración, cogeneración y trigeneración, psicometría aplicada, termodinámica, mecánica de fluídos, transferencia de calor y turbomaquinaria. ([email protected]).
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