Modelos de confort simples

Los modelos de confort simples suelen basarse en la temperatura seca del aire para establecer las condiciones ambientales óptimas en un sitio determinado. Esta simplificación implica no considerar, al menos directamente, otros parámetros que tienen incidencia en la sensación de confort de las personas, como la humedad ambiental, la velocidad del aire y la temperatura radiante. A pesar de eso los modelos simples pueden ser bastante útiles para desarrollar diagnósticos y estudios de carácter general.

El objetivo principal de los modelos de confort simples es establecer una temperatura con la cual la mayoría de las personas, en un sitio particular, se sentirían razonablemente cómodas. Esa temperatura de confort se calcula a partir de la temperatura exterior promedio del sitio, ya sea en intervalos mensuales o anuales (cuando se tienen importantes fluctuaciones de la temperatura durante el año es aconsejable emplear intervalos mensuales). Las fórmulas empleadas en los cálculos se derivan de investigaciones estadísticas sobre la relación entre la sensación de confort de las personas y las condiciones ambientales en el exterior y el interior de los edificios.

Ahora bien, dado que existen diferencias importantes en la forma en que las personas se ven afectadas por las condiciones ambientales, la temperatura de confort calculada mediante los índices simples se suele extender hacia arriba y hacia abajo para establecer lo que se conoce como zona de confort. En lugar de una temperatura de confort única, la zona de confort define un rango de temperaturas en el cual la mayoría de las personas, de manera previsible, se sentirían cómodas. Algunos autores recomiendan establecer la zona de confort a partir de rangos de ±2.0°C respecto a la temperatura de confort calculada, cuando se emplea la temperatura promedio anual del sitio, y de ±1.75°C cuando se emplean promedios mensuales. Sin embargo otros autores, como S. Szokolay, proponen rangos de ±2.5°C. En todo caso esos límites pueden ser bastante subjetivos y su uso dependerá del nivel de flexibilidad que se desea asumir.

Entre los modelos de confort simples se encuentran el de neutralidad térmica y el de confort adaptable. Como se verá más adelante, este último suele incluir tres situaciones básicas: edificios en modo pasivo, edificios en modo mecánico y edificios con funcionamiento desconocido o variable.

Modelo de neutralidad térmica

El modelo de neutralidad térmica (Tn), también conocido como termopreferéndum, se basa en una fórmula de uso genérico propuesta por Auliciems & de Dear, la cual pone en relación la sensación de confort con la temperatura exterior de bulbo seco de la siguiente manera:

Tn = 17.6 + (Tprom * 0.31)

Donde:
Tn = Temperatura de neutralidad térmica (termopreferéndum)
Tprom = Temperatura promedio exterior de bulbo seco

Como ejemplo de aplicación, hemos empleado esta fórmula para determinar las temperaturas de confort en la ciudad de Chihuahua, México. En la tabla se muestran las temperaturas exteriores de bulbo seco típicas de esa ciudad, incluyendo las temperaturas promedio mensuales. A partir de éstas últimas, mediante la fórmula de neutralidad térmica, se han calculado las temperaturas de confort para los doce meses del año. En la parte inferior de la tabla se indican las temperaturas que definirían la zona de confort, en este caso considerando un rango de ±2ºC respecto a las temperaturas de confort. Debajo de la tabla se incluye una gráfica basada en los mismos datos, con la cual es posible visualizar los resultados en forma más intuitiva.

 

C_Neutralidad-Tabla.png

C_Neutralidad-Grafica

En términos generales el modelo de neutralidad térmica tiende a generar rangos de confort bastante estrechos, lo cual significa que al asumir este modelo suele ser más difícil desarrollar edificios en modo pasivo que cumplan con los estándares de confort calculados.

Modelos de confort adaptable

Aunque desarrollado con metodologías similares, el modelo de confort adaptable puede considerarse una crítica y un intento de superar el modelo de neutralidad térmica. Este modelo plantea, en primera instancia, que las exigencias de confort no son las mismas para personas acostumbradas a edificios climatizados artificialmente y para aquellas que habitan regularmente edificios que funcionan en modo pasivo. Así mismo, plantea que existen diferencias importantes en los estándares de confort derivadas de aspectos socioculturales.

El modelo de confort adaptable se desarrolló con el objetivo de generar índices que tomaran en cuenta la capacidad de las personas para incidir en su propia sensación de confort. Estos modelos asumen que las personas, cuando empiezan a sentirse en disconfort, suelen realizar acciones como ponerse o quitarse ropa, disminuir o aumentar sus niveles de actividad e incluso abrir o cerrar las ventanas del espacio en el que se encuentran. Diversas investigaciones han demostrado que, si se les brinda la posibilidad de controlar su ambiente, los ocupantes de los edificios tienden a sentirse más cómodos y toleran con mayor facilidad periodos relativamente cortos cuyas condiciones ambientales son claramente desfavorables.

Por otro lado, este modelo también asume que las personas que habitan de manera regular edificios permanentemente climatizados por medios artificiales, suelen volverse menos tolerantes a las variaciones de las condiciones ambientales. En otras palabras, los edificios climatizados artificialmente suelen generar mayores exigencias de acondicionamiento para mantener niveles óptimos de confort.

En síntesis, los modelos de confort adaptable suele reducir las exigencias de climatización de los edificios que funcionan en modo pasivo, especialmente en aquellos con ventilación natural en los que sus ocupantes tienen un buen nivel de control de su ambiente térmico, mientras que las amplían en edificios climatizados artificialmente.

Existe una gran cantidad de modelos de confort adaptable. A continuación analizaremos tres de ellos, desarrollados por Humphreys & Nicol, dos de los investigadores más destacados en este campo. El primero de ellos aplica para edificios en modo pasivo, el segundo para edificios en modo mecánico y el tercero para edificios que no se sabe con certeza si funcionarán en modo pasivo o mecánico.

Además del planteamiento de las ecuaciones correspondientes a los tres modelos, también aquí hemos incluido su aplicación para determinar las temperaturas de confort en la ciudad de Chihuahua. Eso nos permite hacer una comparación más detallada, no solo de los tres modelos de confort adaptable entre sí, sino de éstos con el modelo de neutralidad térmica.

Confort adaptable: modo pasivo. Humphreys & Nicol (2000)

Tc = 12.9 + 0.54 Tprom

Donde:
Tc = Temperatura de confort
Tprom = Temperatura promedio exterior de bulbo seco

C_Adaptable_Pasiv-Tabla

C_Adaptable_Pasiv-Grafica

Si se comparan estos resultados con los del modelo de neutralidad térmica, se aprecia que las temperaturas de confort aumentan significativamente en verano y disminuyen, también de manera importante, en invierno. En otras palabras, al emplear el modelo adaptable para edificios en modo pasivo asumimos que las personas pueden tolerar temperaturas más elevadas en verano y más bajas en invierno.

Confort adaptable: modo mecánico. Humphreys & Nicol (1998)

Tc = 23.9 + 0.295 (Tprom-22) exp ([-(Tprom-22)/33.94]²)

Donde:
Tc = Temperatura de confort
Tprom = Temperatura promedio exterior de bulbo seco

C_Adaptable_Mec-Tabla

C_Adaptable_Mec-Grafica

Si comparamos este modelo con el anterior (el de edificios en modo pasivo) nos percatamos de que las exigencias de confort vuelven a ampliarse. De hecho los resultados, por lo menos en el caso de la ciudad de Chihuahua, son bastante similares a los del modelo de neutralidad térmica.

Confort adaptable: funcionamiento desconocido. Humphreys & Nicol (1998)

Tc = 24.2 + 0.43 (Tprom-22) exp ([-(Tprom-22)/28.28]²)

Donde:
Tc = Temperatura de confort
Tprom = Temperatura promedio exterior de bulbo seco

C_Adaptable_Desc-Tabla

C_Adaptable_Desc-Grafica

Los resultados con este modelo se pueden considerar una situación intermedia entre el modelo para edificios en modo pasivo y el modelo para edificios en modo mecánico, sobre todo para el periodo de verano.

¿Cuál modelo elegir?

Los modelos de confort simples que hemos analizado en este artículo arrojan resultados distintos entre sí. La pregunta entonces es ¿cuál modelo adoptar? De acuerdo a nuestra experiencia, no es posible establecer uno de los modelos como el mejor y más adecuado. Su uso depende más bien del tipo de estudio que se está realizando y del nivel de precisión requerido. Por ejemplo, si se está realizando un estudio con edificios que no sabemos a ciencia cierta si van a funcionar en modo pasivo o mecánico, o que podrían funcionar de manera indistinta en cualquiera de esos dos modos, el modelo de confort adaptable correspondiente puede ser bastante útil. Si tenemos la certeza de que el edificio va a funcionar en modo pasivo, lo más adecuado quizá sería utilizar el modelo de confort adaptable correspondiente. Cuando sabemos que el edificio funcionará en modo mecánico, tanto el modelo de neutralidad térmica como el modelo de confort adaptable correspondiente podrían sernos más útiles.

 

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