EQUIPAMIENTO Y METODOLOGÍA PARA LA REALIZACIÓN DE AUDITORÍAS DE VENTILACIÓN Y CALIDAD DE AIRE INTERIOR

Transcripción

1 EQUIPAMIENTO Y METODOLOGÍA PARA LA REALIZACIÓN DE AUDITORÍAS DE VENTILACIÓN Y CALIDAD DE AIRE INTERIOR Moises Odriozola Maritorena Máquinas y Motores Térmicos Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica de Minas Y Obras Públicas Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea Noviembre 2008

2 Contenido 1 Introducción 1 2 Líneas de investigación 3 3 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes Etapas Primera etapa: Recogida de información del local Segunda etapa: Planificación de la toma de medidas experimentales Tercera etapa: Realización de las mediciones experimentales Cuarta etapa: Diagnostico del edificio Quinta etapa: Correcciones, mejoras y viabilidad de las mismas Metodología Primera etapa: Recogida de información del local Segunda etapa: Planificación de la toma de medidas experimentales i

3 3.2.3 Tercera etapa: Realización de las mediciones experimentales Cuarta etapa: Diagnóstico del edificio Quinta etapa: Correcciones, mejoras y viabilidad de las mismas Mediciones y cálculos Temperatura del aire Temperatura radiante media Temperatura radiante plana y asimetría de temperatura radiante Humedad Presión Velocidad del aire Caudal de ventilación Visualización de flujos de aire Confort térmico Ruido Iluminación Contaminantes Equipos de medida Características Temperatura

4 5.1.2 Temperatura radiante Temperatura radiante plana y asimetría de temperatura radiante Humedad Presión Velocidad Caudal de ventilación Visualización de flujos de aire Confort térmico Ruido Iluminación Contaminantes del aire Bibliografía 74

5 Lista de figuras 2.1 Fuentes de contaminación interiores y exteriores Porcentaje de personas insatisfechas en función de la velocidad media del aire y la intensidad de turbulencia Velocidad del aire equivalente para un flujo no turbulento que produce el mismo porcentaje de personas insatisfechas Evolución de la concentración del gas trazador con respecto al tiempo Rangos aceptables de la temperatura operativa y humedad relativa para verano e invierno Principio de funcionamiento del termopar Termómetro de globo Sensor de humedad de cloruro litio Tubo de Pitot Anemómetro de álabes Anemómetros de hilo caliente. a) Un hilo para medir un componente de velocidad; b) dos hilos para medir dos componentes de velocidad; c) tres hilos para medir las componentes de velocidad. 63 iv

6 5.7 Anemómetro de esfera caliente Anemómetro de ultrasonidos Representación de un anemómetro Doppler a láser Tubos de Venturi para la medición del caudal de aire en conductos. a) para entradas y b) para salidas de aire Tubo de Venturi con compensación de pérdida de presión Medición del caudal de ventilación mediante una bolsa Sistema de medición del confort térmico. a) Sensor de temperaturas; b) sensor de velocidad y c) sensor de humedad Representación del olfatómetro

7 Lista de tablas 2.1 Síntomas y enfermedades relacionadas con la calidad del aire interior Definición de la zona ocupada Alturas para las mediciones de parámetros ambientales Caudales de ventilación mínimos exigidos por CTE Límites de los parámetros de cálculo de VMP Materiales utilizados para la construcción de termopares vi

8 Cápitulo 1 Introducción Mediante este trabajo se trata de definir la metodología necesaria para llevar a cabo una auditoría de calidad del aire y del ambiente en el interior de locales que ocupamos habitualmente en nuestra vida cotidiana, además de concretar el equipamiento necesario para tomar medidas de los parámetros más importantes que definirán las condiciones del aire y del ambiente interior. Para ello, el informe se divide en una serie de capítulos en los que se tratan estos puntos. En el primer capítulo, denominado Líneas de investigación y de servicios al sector, se justifica la necesidad de realizar auditorías de ventilación en locales. En el segundo y tercer capítulo, denominados Etapas y Metodología respectivamente, se definen y se describen una serie de pasos a seguir durante el proceso de audición. El objetivo de estos dos capítulos es tratar de definir un cronograma para la realización de la auditoría sin pasar por alto aspectos que puedan afectar a la correcta evaluación del local de estudio. Tratan de ser una guía para llevar a cabo correctamente el proceso. El cuarto capítulo, Mediciones y cálculos, describen las variables a medir y los fundamentos físicos en los que se basan los aparatos de medida de las variables. Además de eso, se definen los diferentes métodos que pueden utilizarse para medir diferentes variables, así como las precauciones necesarias para poder realizar las mediciones correctamente. A partir de la definición de las mediciones necesarias, en el capítulo Características se describen las características de los diferentes aparatos disponibles 1

9 Introducción 2 para medir las variables que definen las condiciones térmicas y de confort en el interior del local.

10 Cápitulo 2 Líneas de investigación El ambiente y el aire analizado se encuentran en el interior del edificio, y por lo tanto, es el continente de las condiciones y contaminantes que deben soportar sus ocupantes en el desarrollo de sus actividades cotidianas. Debido a que las personas residentes en áreas urbanas pasan entre el 58 y el 78% de su tiempo en un ambiente interior, la calidad del aire y del ambiente interior se ha convertido en un problema de salud. Conviene definir la diferencia entre lo que se define como calidad del aire interior (iaq) y calidad del ambiente interior (ieq). El primero se refiere exclusivamente al aire, y puede definirse como la naturaleza del aire que afecta sobre la salud de los ocupantes del espacio interior en cuestión. Una calidad alta del aire implica la satisfacción de los ocupantes de dicho espacio, siendo el riesgo sanitario despreciable. El término aire interior suele aplicarse a espacios interiores no industriales (edificios de oficinas, edificios públicos y viviendas). Cuando se hace referencia a la calidad del ambiente interior, esto implica que se cumplan condiciones de calidad del ambiente térmico, ambiente acústico, ambiente luminoso y del aire interior. La relación de ciertos síntomas y molestias con el uso de un ambiente interior es algo que ya no se pone en duda. La causa de estos efectos es la contaminación que se encuentra presente en ambientes interiores, esta contaminación puede presentarse de diferentes formas. Este problema se ha visto agravado por el diseño de edificios basados en la eficiencia energética, debido a su hermeticidad la cantidad de renovaciones de aire no es suficiente como para reciclar el aire contaminado. 3

11 Líneas de investigación 4 La concentración de contaminantes presente en ambientes interiores suele ser de la misma magnitud que la que podemos encontrar en el aire exterior, y mucho menor que la que encontraríamos en un edificio industrial. Siendo esto así, muchos ocupantes de ambientes interiores se quejan de la calidad del aire. Debe tenerse en cuenta que una mala calidad del aire puede manifestarse por medio de diferentes síntomas, que pueden ser agudos o crónicos. Aunque esto sea así, resulta difícil determinar en que medida afecta la mala calidad del aire en la salud de los ocupantes. El síndrome del edificio enfermo se define cuando más del 20% de los ocupantes de un edificio se quejan de la calidad del aire interior o cuando presentan una serie de síntomas. Estos síntomas pueden ser similares a un resfriado o a enfermedades respiratorias. Tabla 2.1: Síntomas y enfermedades relacionadas con la calidad del aire interior. Ojos Vías respiratorias altas (nariz, garganta) Pulmones Piel General Enfermedades más frecuentes Sequedad, picor/escozor, lagrimeo, enrojecimiento. Sequedad, picor/escozor, congestión nasal, goteo nasal, estornudos, epistaxis, dolor de garganta. Opresión torácica, sensación de ahogo, sibilancias, tos seca, bronquitis. Enrojecimiento, sequedad, picor generalizado y localizado. Cefalea, debilidad, somnolencia/letargo, dificultad para concentrarse, irritabilidad, ansiedad, náuseas, mareo. Hipersensibilidad (neumonitis, fiebre por humidificadores, asma, rinitis, dermatitis), infecciones (legionelosis, fiebre de Pontiac, tuberculosis, resfriado común, gripe) y cáncer. Las causas más frecuentes del síndrome del edificio enfermo indicando su distribución porcentual, son las siguientes: ventilación insuficiente por falta de mantenimiento, distribución deficiente y entrada insuficiente de aire fresco (50-52%); contaminación generada en el interior producida por las máquinas presentes, por productos de limpieza y por los ocupantes (17-19%); contaminación exterior que se introduce en el edificio debido una disposición incorrecta de las entradas de aire (11%); contaminación microbiológica debida al agua estancada en sistemas de ventilación, humidificadores y torres de refrigeración (5%); contaminantes emitidos por los materiales de construcción (3-4%). Existen otros factores que, aunque no afecten a la salud si influyen en el bienestar de las personas produciendo un malestar térmico. Estos factores dependen de las condiciones higrotérmicas del ambiente en el interior del edificio. El cuerpo humano en su conjunto, además de estar en equilibrio térmico

12 Líneas de investigación 5 Figura 2.1: Fuentes de contaminación interiores y exteriores. global con el local, no debe sentir frío ni calor en ninguna parte del cuerpo. El malestar térmico local se define cuando una persona siente frío o calor en alguna parte del cuerpo. Las principales causas del malestar térmico local son la asimetría de temperatura radiante, las corrientes de aire, la diferencia vertical de temperaturas y suelos fríos o calientes. Además de las condiciones higrotérmicas del ambiente y de los contaminantes, se deben tener en cuenta aspectos acústicos y lumínicos para determinar si se cumplen las condiciones necesarias de calidad del ambiente interior. Por lo tanto, resulta necesario garantizar que en los ambientes interiores puedan llevarse a cabo las actividades diarias, sin que la exposición prolongada a estos ambientes suponga un peligro para la salud, o que influya en el normal desarrollo de las actividades que se realicen en el edificio. Es por esto que, deben tenerse en cuenta estos aspectos a la hora de realizar futuros proyectos de edificios para garantizar las condiciones de confort y prevenir los problemas citados. En cuanto a los edificios ya construidos, en aquellos que se presenten quejas o ausentismo laboral, resulta necesario llevar a cabo un estudio que determine el origen del problema realizando una auditoría. Los estudios dependerán de las características del local en cuestión y de la actividad desarrollada en el mismo. Dependiendo del caso, será necesario realizar un estudio de contaminantes para determinar la higiene (quirófanos, salas

13 Líneas de investigación 6 blancas,...), o determinar las condiciones higrotérmicas. Por lo tanto, se presentan una serie de servicios que pueden prestarse en función de la instrumentación disponible. Evaluación del cumplimiento de los caudales de ventilación mínimos exigidos por el Código Técnico de la Edificación. Análisis de contaminantes en ambientes interiores especialmente sensibles (quirófanos, salas blancas,...). Establecer relaciones entre el contaminante y su efecto en el confort y en la salud humana. En locales donde sus ocupantes presenten quejas por malestar, o en casos más graves, ausentismo o enfermedad, se podrá determinar el origen del problema y proceder a su solución. Estudio de infiltraciones en edificios. Comprobación del funcionamiento óptimo de equipos HVAC. Determinación del efecto de las condiciones exteriores en ambientes interiores, de esta forma se podrá evaluar la incidencia de la meteorología en las condiciones ambientales del local.

14 Cápitulo 3 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 3.1 Etapas Para poder valorar las condiciones de ventilación, calidad del aire y del ambiente interior de un local, es necesario analizar el local en cuestión para determinar los valores de los parámetros que describen estas condiciones. Realizada la valoración se podrán detectar las deficiencias, y con ello, su naturaleza y localización, para actuar sobre ellas y conseguir que las condiciones en el interior del local cumplan con la legislación vigente, y si ya se cumpliera, mejorar las condiciones y garantizar la confortabilidad de los ocupantes. En este apartado, se pretende definir un proceso sistemático y sencillo para llevar a cabo la valoración de los parámetros descriptores de las condiciones ambientales y de calidad del aire en el interior de un local. La sistematización de la realización de las auditorías, permite la comparación de estudios de diferentes locales, pudiendo determinar el comportamiento de los distintos parámetros dependiendo de las características del edificio, su localización, ocupación, actividad y el sistema de HVAC disponible. La sencillez del proceso de audición implica facilitar el proceso de ejecución, 7

15 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 8 aumentando las posibilidades de que pueda llevarse a cabo correctamente y con la menor incertidumbre posible en la obtención de resultados. El proceso de audición propuesto consta de diferentes etapas, habiéndose definido diferentes fases en cada una de ellas Primera etapa: Recogida de información del local En esta etapa se tratará de reunir toda la información posible del edificio, esto incluye: la localización del edificio, la meteorología de la zona, los aspectos constructivos del edificio, la ocupación, la actividad desarrollada, los sistemas de HVAC instalados y las fuentes de contaminantes internas y externas. Esta primera etapa consta de las siguientes fases. 1 a fase: Reunión con los responsables del edificio Se trata del primer contacto con los responsables del edificio. En esta primera reunión se entregará toda la información disponible, con respecto al edificio, por parte de los responsables del mismo a los auditores, se asignará una persona de contacto por cada parte y se definirá el alcance de la auditoría. Este último punto es muy importante definirlo correctamente para que se tenga en cuenta a la hora de la realización de las mediciones. Para definir el alcance deberá tenerse en cuenta la legislación vigente. También deberán definirse los plazos de entrega de los diferentes informes a realizar durante el proceso de audición, así como las fechas para la visita del local y para la realización de la auditoría. 2 a fase: Planificación preliminar de la auditoría de ventilación Recogida toda la información posible del edificio, se debe escoger el dominio dentro del edificio que represente el comportamiento del resto de zonas (en un edificio de viviendas será una de ellas, uno de oficinas pueden ser varias,) Es necesario preparar el plan de trabajo que se seguirá a la hora de hacer las mediciones, de esta manera, se agilizará el proceso y se molestará en lo mínimo

16 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 9 a los ocupantes del local, además de aprovechar al máximo el tiempo del que se dispone. Debe realizarse un cronograma con las tareas que se vayan a realizar, el cronograma se utilizará a la hora de hacer las mediciones, para poder llevarlas a cabo de manera ordenada y para controlar que el proceso de medición se realiza correctamente. 3 a fase: Visita del edificio Después de recoger la información del local presentada por los responsables del mismo, se realizará la visita para realizar la inspección visual. De esta forma, se comprobará el estado del local y la validez de la información disponible, además de completarla, ya que mediante esta visita se determinarán aspectos que no pudieran apreciarse mediante la información suministrada por los responsables del local, como podrían ser la identificación de las zonas ocupadas y de las zonas que, debido a fuentes contaminantes, por ejemplo, puedan estar bajo condiciones que puedan provocar insatisfacción o disconfort a los ocupantes. Además, mediante esta inspección visual podrá corregirse el plan de trabajo preparado en la segunda fase de esta primera etapa. Aprovechando la visita al edificio, se determinará el dominio que será objeto de estudio. Esto se hará teniendo en cuenta las indicaciones de los responsables del edificio, tratando de que el dominio estudiado sea lo más representativo posible con respecto al resto del edificio no analizado. 4 a fase: Simulación Teniendo la geometría definida y conociendo los detalles de la instalación de HVAC y su funcionamiento a partir de la información recolectada en la reunión realizada en la primera fase de esta etapa, y de la inspección visual realizada en la segunda fase, se pueden hacer simulaciones del local. Para realizar las simulaciones se pueden utilizar diferentes tipos de software, por ejemplo CFD. Dependiendo del tipo de software utilizado, se obtendrá información más o menos detallada del comportamiento del edificio. Con las simulaciones realizadas se podrán identificar situaciones y localizaciones que no pueden ser detectadas a simple vista, como corrientes de aire, zonas de estancamiento del aire,... Esta información se utilizará para ubicar correctamente los instrumentos de medida, y llevar a cabo las mediciones en la

17 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 10 tercera etapa. 5 a fase: Encuesta En esta fase se elaborará una encuesta mediante la cual se pueda reunir información sobre la percepción de la calidad del ambiente interior de los ocupantes del local. De esta manera se podrá obtener información directa de las personas que más tiempo permanecen en el interior del local, y que, por lo tanto, mejor conocen su comportamiento. Realizadas las encuestas, se recogerán y serán analizadas. Del análisis de las mismas se podrá determinar la conveniencia de realizar una entrevista personal a los ocupantes que se considere oportuno. Esto dependerá de la encuesta realizada por cada ocupante y de la disponibilidad del mismo. Antes de proceder a realizar la entrevista personal, es necesario cerciorarse de que, mediante la información recogida hasta esta fase, no es posible encontrar el origen de la queja. Es importante tener presente que, la auditoría de ventilación es una labor que ha de llevarse a cabo con la menor interferencia posible en la actividad normal de la empresa Segunda etapa: Planificación de la toma de medidas experimentales Concretado el alcance de la auditoria y reunida toda la información posible referente al local, en esta fase se procederá a definir las variables a medir. Debe tenerse en cuenta que dependiendo de las variables seleccionadas, podrá obtenerse la información requerida para cada estudio, y que de ello dependerá igualmente la instrumentación necesaria y la dificultad para llevar a cabo las mediciones, y por lo tanto la incertidumbre de las mediciones realizadas. 6 a fase: Localización de las sondas La localización de los instrumentos de medida es una parte muy importante del proceso de auditoría, ya que su ubicación dentro del dominio de estudio, ayudará a medir los valores de las variables deseadas en los puntos más representativos. De esta forma conseguiremos obtener información útil para caracterizar las condiciones de calidad del aire y del ambiente interior, y evitar hacer mediciones innecesarias o no llevar a cabo las necesarias.

18 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 11 Para la localización de los puntos de medición será muy útil la información recogida en la reunión inicial y la visita del local, a partir de las simulaciones y las encuestas realizadas por los ocupantes del local, así como las entrevistas personales si fueran necesarias. Se debe tener en cuenta que sólo es posible realizar un número limitado de mediciones para que el proceso de medición sea viable, por lo que es importante colocar las sondas adecuadamente para obtener información representativa. Hay tener en cuenta que si existen sistemas de HVAC en el local, será necesario verificar el correcto funcionamiento de los mismos, comprobando que bajo las condiciones para los que fueron diseñados cumplen con lo esperado. 7 a fase: Preparación del plan de trabajo para la realización de las mediciones Esta fase servirá para concretar la planificación, pudiendo realizarse un cronograma detallado que sustituirá el realizado en la 2 a fase. En este cronograma se definirá qué variables se medirán, cúal será su localización en el local, qué método de medición se utilizará para su medida y cúal será el régimen de medida. 8 a fase: Preparación de la instrumentación a utilizar Una vez decididas las variables a medir, es necesario comprobar la instrumentación disponible y su estado. Por lo tanto, habrá que calibrar los instrumentos de medida, para garantizar que los valores medidos son correctos. En el caso que no se disponga de algún instrumento de medida que se considere necesario para llevar a cabo la auditoría, o que éste esté deteriorado, será necesario adquirirlo o arreglarlo Tercera etapa: Realización de las mediciones experimentales Esta tercera fase tendrá lugar en el local objeto de ensayo, y consta de las siguientes fases.

19 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 12 9 a fase: Preparación de las mediciones En la segunda etapa se llevó a cabo la definición de la localización de los instrumentos de medida y de las variables a medir en cada una de ellas, para poder obtener la información necesaria y poder cumplir los objetivos previstos en el alcance del estudio. A partir de ese trabajo, se procederá a la colocación de la instrumentación en las localizaciones previstas. Durante este proceso, puede que alguna de estas localizaciones no pueda ser utilizada debido a razones que no han sido contempladas a la hora de decidir la ubicación de la instrumentación. Por ello, podría ocurrir que hubiese que reubicar alguna de las sondas. Esta reubicación se llevará a cabo situándolas en algún punto cercano a la localización originalmente prevista, o teniendo en cuenta las posibles ubicaciones descartadas durante la fase en la que se ha decidido la localización de las sondas. 10 a fase: Realización de mediciones En esta fase es cuando se realizan las mediciones, aplicando para ello la metodología necesaria y definida en el siguiente apartado de este documento. Debe tenerse en cuenta que para obtener la certificación correspondiente, será necesario aplicar la metodología que se exija en el caso que corresponda. Debe tenerse en cuenta que las condiciones exteriores afectan a las condiciones del ambiente interior, por lo tanto resultará necesario realizar mediciones de las variables que afectan a las condiciones del ambiente interior, o por lo menos registrar los datos meteorológicos correspondientes a la fecha de realización de las mediciones Cuarta etapa: Diagnostico del edificio 11 a fase: Diagnostico del edificio Realizadas las mediciones necesarias de las variables definidas como de interés para el estudio, se procederá al tratamiento de los datos obtenidos para hacer el análisis de la situación del edificio. Para poder obtener la certificación o cumplir la legislación vigente habrá que considerar los cálculos necesarios para obtener los valores exigidos para

20 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 13 ello, y determinar si el local cumple con las directrices y exigencias legales que se apliquen al tipo de local en cuestión Quinta etapa: Correcciones, mejoras y viabilidad de las mismas 12 a fase: Correcciones, mejoras y viabilidad de las mismas Esta fase es consecuencia de la directa de la 11 a fase. Realizado el diagnostico del local, podrán determinarse las condiciones que ofrece para los ocupantes, pudiendo de esta forma, identificar las fuentes de disconfort o insatisfacción relacionadas con el ambiente en el interior del local, y proponer una serie de correcciones y mejoras para la situación actual, y así cumplir con la legislación vigente, si no se cumpliese, o simplemente mejorar las condiciones del ambiente en el local, en caso de que se considerase necesario. Con las correcciones y mejoras propuestas deberá hacerse una valoración económica del coste de dichas actuaciones, y la valoración energética y ambiental del local que se espera con su implantación. Las correcciones y mejoras propuestas deben presentarse indicando el beneficio y el coste que implica cada una de ellas, por lo tanto se recomienda realizar un estudio de viabilidad. 13 a fase: Informe final En esta fase se presentará un informe en el que se recopilará toda la información obtenida a partir de la información reunida respecto a la calidad del aire y del ambiente en el local. Para ello, se indicará el objeto de la auditoría mediante su alcance, y se añadirá un resumen de los aspectos teóricos de la calidad del aire interior y de la calidad del ambiente interior, citando la normativa y las directrices que correspondanṡeguidamente se tratará de describir la situación actual del edificio, para ello utilizando toda la información recogida en el proceso de audición. Como última parte del informe final se propondrán las medidas correctores que se consideren oportunas para el cumplimiento de la legislación vigente, o para mejorar las condiciones de calidad del aire interior y del ambiente interior en el local.

21 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes Metodología En este apartado se definen los pasos a seguir en cada una de las etapas desarrolladas en el apartado anterior. Para ello, se propone la metodología para cada una de las fases propuestas con el objetivo de llevar a cabo el estudio de la calidad del aire y ambiente interior correctamente Primera etapa: Recogida de información del local Reunión con los responsables del local Los puntos más importantes que deben llevarse a cabo en esta etapa son las siguientes: Debe organizarse la primera reunión con los responsables del edificio para, Establecer las personas de contacto entre las diferentes partes, así como los protocolos de comunicación. Conocer las personas que forman la comunidad del edificio (ocupantes, personal de mantenimiento y administrador). Entregar por parte de los responsables del edificio la información requerida por los auditores sobre el edificio. Definir el alcance de auditoria. Establecer las fechas tanto para inspección visual del local como para futuras reuniones. Fijar las fechas de entrega de los diferentes informes realizados en el proceso de audición. Para una comunicación eficaz entre las partes que forman el equipo de trabajo, responsables del edificio y los auditores, se tendrán en cuenta los siguientes puntos: Se designará un representante por cada parte, como representante del edificio se recomienda que éste sea el representante del personal de mantenimiento. Se recomienda que una vez designados los representantes, sólo estos sean el puente de comunicación entre ambas partes.

22 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 15 Cada uno de los representantes, hará llegar a los demás integrantes de sus respectivos equipos los acuerdos alcanzados entre ellos. Uno de los puntos más importantes en esta primera etapa es la recogida de la información del edificio o local. Gran parte de la información referente al edificio será suministrada por el equipo responsable del edificio, y deberá ser completada por el equipo auditor. La información entregada por los responsables del edificio se recomienda que se haga de manera que se siga una serie de apartados, se proponen los siguientes: Información del edificio. Fecha de construcción. Materiales utilizados. Planos del edificio. Características constructivas. Localización del edificio. Orientación. Horarios de funcionamiento. Listado de equipos y características de los mismos. Sistema de HVAC instalado y fecha de instalación. Mantenimiento realizado. Fuentes de contaminantes externas. Para completar esto, puede ser interesante realizar una entrevista a los responsables de mantenimiento por parte de los auditores. Información de la ocupación. Nivel de ocupación. Actividades realizadas por los ocupantes. Consumos energéticos. Otros. Posibles auditorías realizadas al edificio. Informes de auditorías realizadas a edificios de simulares características.

23 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 16 Quejas de los ocupantes, si las hubiese. Actas de posibles reuniones mantenidas respecto a este tema. Disponibilidad de fechas para llevar a cabo el proceso de audición. Los auditores serán los responsables de completar esta información entregada por los responsables del edificio. Para ello se tendrán en cuenta los siguientes puntos: Orografía y edificación de la zona. Climatología, indicando la zona climática en la que se ubica el edificio. Durante el apartado de definición del alcance de la auditoría debe tenerse en cuenta lo siguiente: El motivo de la necesidad de la auditoría. Legislación vigente. Experiencia del equipo auditor. Información disponible sobre el edificio. Se recomienda llevar a cabo una inspección visual, así como una serie de reuniones de seguimiento. En estas últimas, se informará a los responsables del edificio de las tareas llevadas a cabo, de las futuras tareas a realizar y se solicitará, si fuese necesario, información adicional que por cualquier motivo no hubiese sido entregada. Para ello se proponen las siguientes fechas de reuniones (no se considera la primera reunión): Después de analizar las encuestas realizadas. Una vez definida la planificación de realización de mediciones experimentales. Realizado el diagnóstico del edificio. Reunión final. Se entregará un informe de las tareas realizadas en cada reunión que se programe en el transcurso de la audición.

24 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 17 Después de analizar las encuestas realizadas: Recopilación de toda la información disponible del edificio. Una vez definida la planificación de realización de mediciones experimentales: Informe detallado del proceso de mediciones experimentales. Realizado el diagnóstico del edificio. Reunión final. Entrega del informe en el que se proponen las medidas correctoras de la situación del edificio, en caso de no cumplir la legislación vigente, o actuaciones para mejorar el confort de los ocupantes. Cada una de las medidas propuestas deberá incluir un estudio de viabilidad. Planificación preliminar para la realización de mediciones experimentales Se realizará el cronograma que definirá las actividades a llevar a cabo en el proceso de toma de datos experimentales. Para ello definiendo el dominio de estudio escogido. Las variables a medir. Temperatura del aire. Temperaturas superficiales. Temperatura radiante. Humedad. Presión. Velocidad del aire. Intensidad de turbulencia. Concentración de contaminantes. Temperatura operativa, VMP y PPI. Ruido. Iluminación. La instrumentación de medida para cada variable. La ubicación de las sondas de medida, teniendo en cuenta la ocupación. Las posibles molestias causadas por la actividad normal del edificio. La necesidad de comprobar el correcto funcionamiento de las instalaciones de HVAC.

25 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 18 El método de medida y el régimen de monitorización, para cada variable y ubicación. Continuo. Discreto. La hora aproximada de comienzo y finalización de la medición de cada sonda. Visita del local Como puntos más importantes para llevar a cabo este apartado son los - siguientes: Comprobación de la información suministrada por los responsables del edificio. Conocer el estado de las instalaciones y su funcionamiento. Determinar posibles fuentes de infiltraciones. Determinar las posibles fuentes contaminantes. Comprobar que la planificación preliminar de la auditoría de ventilación es realizable, para ello se deben tener en cuenta aspectos como la posibilidad de ubicar las sondas en los puntos definidos y la influencia del proceso de audición en la actividad normal del edificio. Determinar la posible ubicación de los equipos necesarios para la realización de la auditoría. Es conveniente llevar a cabo esta visita en compañía del responsable de mantenimiento del edificio. Simulación La información recopilada hasta este punto, debe ser suficiente para realizar una serie de simulaciones que ayuden a los auditores a comprender mejor el comportamiento del edificio. Para que la simulación represente fielmente este comportamiento, deben identificarse los fenómenos que generan el movimiento del aire en el interior del edificio. Estos pueden ser Fuentes de calor.

26 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 19 Diferencia de temperaturas entre diferentes zonas dentro del edificio. Efecto del viento. Sistemas HVAC. A partir de la información que se quiera obtener, podrá utilizarse diferentes tipos de software. Dinámica de Fluidos Computacional (C.F.D.). Software basado en modelos multizona. Modelos de ventilación simplificados. Es evidente que la información que podamos obtener de esta simulación dependerá del tipo de software utilizado. A partir de la información de las simulaciones realizadas podrán identificarse las deficiencias del dominio estudiado. También se considera necesario realizar una simulación energética del dominio simulado, conociendo la demanda energética se podrá hacer un balance energético y determinar el correcto funcionamiento de los equipos de HVAC instalados en el edificio. Encuesta Las encuestas se realizarán a los miembros de la comunidad del edificio, ya que estos son los que conviven con los problemas del edificio. Para ello se crearán tres grupos, a los cuales se les repartirán las encuestas. Usuarios del edificio. Personal de mantenimiento. Administradores. Estas encuestas deben cumplir una serie de requisitos: No deben suponer un gran esfuerzo a la hora de rellenarlas. Las preguntas deben ser claras y concisas.

27 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 20 Se recomienda utilizar cuestionarios estandarizados. Se debe tener en cuenta que no vale el mismo cuestionario para cada uno de los tres grupos propuestos, ni para diferentes tipos de edificios (vivienda, oficinas, ) Terminadas las tareas que se proponen en esta primera etapa de la metodología, se recomienda llevar a cabo una reunión donde se presentará toda la información recopilada Segunda etapa: Planificación de la toma de medidas experimentales En esta etapa se presentará la planificación de la auditoría definitiva. Para ello se tendrá en cuenta, la planificación preliminar. La visita al edificio. El resultado de las encuestas. Las simulaciones realizadas. El informe de planificación definitiva debe incluir los siguientes puntos: Fecha de ejecución de las mediciones experimentales. Variables a medir. Ubicación de la instrumentación de medida. Tipo de aparato de medida utilizado. Descripción. Método de medición. Régimen de monitorización. Hora aproximada de comienzo y finalización de la toma de medidas experimentales. Se recomienda definir ubicaciones alternativas de las sondas de medida. Esto se hace en previsión de problemas que pudieran producirse en la colocación de

28 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 21 alguna de las sondas en las ubicaciones originalmente previstas. Las medidas de los parámetros deben reflejar las condiciones en las que se encuentran los ocupantes del local, es por eso que es necesario ubicar los aparatos de medida en las zonas ocupadas. Se presentan las tablas 3.1 y 3.2 con las ubicaciones que se recomiendan. Tabla 3.1: Definición de la zona ocupada. Distancia desde la superf icie interior del elemento m Pared exterior con ventanas o puertas 1,0 Pared exterior sin ventanas o puertas o pared interior 0,5 Suelo Límite inferior 0,1 Límite superior Persona sentada 1,3 Persona de pie 2,0 Tabla 3.2: Alturas para las mediciones de parámetros ambientales. Posición de las Altura de medición sobre el suelo (m) personas Superior Media Inferior Sentadas 1,1 0,6 0,1 De pie 1,7 1,1 0,1 Definido el proceso de medición, y por lo tanto las necesidades de instrumentación de medida, se debe proceder a su preparación. Se seguirán los siguientes pasos: Se comprobará si se dispone de la instrumentación necesaria. Si la instrumentación necesaria se encuentra disponible, se comprobará el estado del mismo. Si la instrumentación necesaria no estuviera disponible, se procederá a adquirirlo. Si no fuese posible adquirirlo, deberá buscarse otra alternativa. Una vez se encuentre disponible la instrumentación necesaria, se realizará la calibración del mismo Tercera etapa: Realización de las mediciones experimentales Se realizarán las mediciones utilizando el informe de planificación definitivo. Es importante utilizar como referencia este documento, porque para este fin se ha

29 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 22 desarrollado. Se deben realizar las siguientes tareas cuando se vayan a realizar las mediciones. Estas tareas se dividen en tres partes. Antes de empezar a medir: Inspeccionar el dominio de estudio y comprobar que no se ha producido ninguna variación de los aspectos más importantes que lo definen. Comprobar que la ubicación prevista de las sondas es correcta. Durante el proceso de medición: Comprobar el correcto funcionamiento de cada una de las sondas de medida. Registrar cualquier incidencia (cambios de actividad, errores en la adquisición de datos, apertura de ventanas, puesta en marcha de instalaciones HVAC,...). Para ello, se apuntará la hora de incidencia y la naturaleza, indicando las zonas afectadas por la misma. Una vez finalizado el proceso de medición, deben asegurarse el almacenamiento de los datos y registrar los archivos generados con el correspondiente nombre. Se recomienda indicar en el nombre del archivo: La fecha de realización. Lugar de medición. La variable medida Cuarta etapa: Diagnóstico del edificio En esta etapa se realizarán las siguientes tareas: Se realizará el tratamiento de datos necesario para obtener las variables que se utilizarán en el estudio. Se tendrá en cuenta el efecto de las incidencias producidas en el proceso de medición, para evaluar la validez de las mediciones. Utilizando estas mediciones, se realizarán los cálculos necesarios para valorar los aspectos que definen la calidad del aire y del ambiente en el interior del edificio.

30 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 23 Podrá realizarse igualmente, una valoración de la eficiencia energética del sistema de acondicionamiento del aire y ambiente interior. Se redactará el informe de diagnóstico del edificio en el que se describirá la situación del edificio Quinta etapa: Correcciones, mejoras y viabilidad de las mismas Partiendo de las conclusiones del diagnóstico de la situación del local, se adoptarán las medidas necesarias para corregir o mejorar la situación del local. La situación del edificio puede diferenciarse en dos grupos: No se cumple la legislación vigente. Es necesario corregir esta situación. Se cumple la legislación vigente. Se definirán actuaciones que puedan mejorar la situación. Es evidente que se presentan dos situaciones que nada tienen que ver la una con la otra. En el primer caso, es obligado adoptar las medidas que permitan corregir la situación. Mientras que en el segundo caso, queda en manos de los responsables del local determinar la conveniencia de adoptar las medidas correctoras propuestas por el equipo auditor. En cualquier caso, el equipo auditor debe: Proponer una serie de propuestas que permitan corregir o mejorar la situación actual del edificio. Para ello, deben realizar los siguientes estudios: Valoración económica. Valoración energética. Valoración ambiental. Para cada propuesta se indicarán las ventajas y desventajas de la solución.

31 Cápitulo 4 Mediciones y cálculos 4.1 Temperatura del aire Es la temperatura del aire que rodea al cuerpo humano (UNE-EN ISO 7726). Se debe tener en cuenta para determinar la transferencia de calor por convección. Su medida es sencilla, pero debe hacerse teniendo en cuenta una serie de precauciones para no cometer errores. A la hora de medir la temperatura hay una serie factores que pueden falsear la mediaciones realizadas. Cuando se miden temperaturas de fluidos en movimiento, el error propio del aparato puede verse aumentado como resultado de: a) la conducción de calor desde la sonda a la superficie que lo sustenta, cuando la temperatura de esta superficie y la del fluido son diferentes; b) la presión dinámica del fluido sobre el sensor la medición de la temperatura será la temperatura de estancamiento en vez de la temperatura estática; c) intercambio de calor por radiacin por la diferencia entre la temperatura del fluido y la temperatura de las superficies alrededor de la sonda son diferentes; d) la respuesta dinámica del dispositivo de medida. Para la mayoría de los ambientes donde se realizan medidas de temperatura para la evaluación de la calidad del aire y del ambiente interior, las dos primeras fuentes de error pueden ser despreciadas. Se pueden tomar diferentes soluciones para reducir la influencia de la radiación: Aumentar la capacidad de reflexión de la sonda de medida. 24

32 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 25 Proteger la sonda con pantallas que reflejen la radiación emitida por las paredes de alrededor. Estas pantallas no deben interferir en la circulación del aire alrededor de la sonda. Aumentando el coeficiente de transferencia de calor por convección de la sonda de medida. Para ello, se puede aumentar la velocidad del aire alrededor de la sonda mediante un ventilador o, reducir el tamaño del sensor de medida. También debe tenerse en cuenta la inercia térmica del sensor ya que éste no indicará instantáneamente la temperatura del aire, necesita cierto tiempo para llegar al equilibrio con la temperatura del aire. Por lo que no se recomienda realizar mediciones hasta que no haya transcurrido, como mínimo, 1,5 veces el tiempo de respuesta de la sonda. La sonda de temperatura responderá con mayor rapidez cuanto. más pequeño, ligero y menor capacidad calorífica tenga, y cuanto mejor sea el intercambio de calor con el ambiente. 4.2 Temperatura radiante media La temperatura radiante media se define como la temperatura de un recinto negro radiantemente uniforme que intercambia la misma cantidad de calor por radiación que el recinto no uniforme real. La cantidad de calor radiante neta cedida o recibida por el cuerpo humano es la suma algebraica de todos los flujos radiantes intercambiados por las partes de cuerpo expuestas a las diferentes fuentes de calor que lo rodean. En general, las superficies que rodean al cuerpo tendrán diferentes temperaturas, dimensiones y distancias con respecto al cuerpo en cuestión. El aparato que más se utiliza para medir la temperatura radiante media es el termómetro de globo. El termómetro se coloca en el recinto y se debe esperar a que se establezca el equilibrio entre la transferencia de calor por radiación y convección en la superficie de la esfera, una vez alcanzado el equilibrio se mide la temperatura de la sonda y se consigue la temperatura de globo. La temperatura de globo se acercará a la temperatura radiante media más o menos, dependiendo de la cantidad de calor que se transfiere por radiación y por convección, y estará entre la temperatura radiante media y entre la temperatura del aire alrededor de la esfera. El balance del calor intercambiado entre el globo y el ambiente se define mediante la ecuación 4.1:

33 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 26 0 = q r + q a (4.1) siendo, q a Calor intercambiado por convección entre el globo y el aire. q r Calor intercambiado entre las paredes del local y el globo. La transferencia de calor por radiación entre el globo y las paredes del local se determina utilizando la temperatura radiante media y la temperatura del globo: q r = ε g σ (T 4 r T 4 g ) (4.2) ε g Emisividad del globo. σ Constante de Stefan-Boltzmann. T 4 r Temperatura radiante media. T 4 g Temperatura del globo. La transferencia de calor por convección entre el globo y el aire se determina mediante la ecuación 4.3: q a = h cg (T a T g ) (4.3) h cg Coeficiente de transferencia de calor por convección. en el caso de convección natural: h cg = 1, 4 ( T D )1 4 (4.4) en el caso de convección forzada: Las variables como la temperatura, temperatura radiante, humedad relativa, velocidad del aire, caudal de aire de ventilación y la contaminación del aire serán las más importantes a la hora de evaluar la calidad del aire, y tendrá que ser completada con la medida de otros

34 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 27 parámetros, como el ruido y la iluminación, para determinar la calidad del ambiente interior. h cg = 6, 3 ν0,6 a D 0,4 (4.5) ν a Velocidad del aire alrededor del globo. D Diámetro del globo. La radiación es uno de los factores determinantes a la hora de definir el estrés térmico de un ambiente, por lo tanto es necesario tomar una serie de precauciones para medirla correctamente. La norma UNE-EN ISO 7726 en su Anexo B recomienda tener en cuenta una serie de precauciones, la primera de ellas es para ambientes poco homogéneos en cuanto a la radiación. En este tipo de ambientes, la medida de la temperatura radiante media en un punto no es representativa de la radiación que le llega al individuo. Por ello, se recomienda colocar tres globos negros a alturas diferentes: uno a la altura de la cabeza, otro a la altura de abdomen y el tercero, a la altura de los tobillos. La temperatura radiante media se calculará ponderando cada una de las mediciones en los tres niveles definidos. Los coeficientes de ponderación se definen en tabla 5 de la norma UNE-EN ISO 7726, y dependen del tipo de ambiente. Se debe tener en cuenta la exposición de la sonda a radiación de onda corta (radiación solar), la pintura utiliza en el globo debe tener la misma absortividad de una persona vestida. La temperatura radiante media se puede calcular utilizando la temperatura de las superficies que circundan el punto de medida, el globo representa un cuerpo o persona. Para ello, debemos conocer la temperatura de cada una de las superficies alrededor del cuerpo, y el factor de forma entre el cuerpo y las superficies circundantes. La expresión que se utiliza para calcular la temperatura radiante media es la ecuación 4.6, en ella se desprecia la reflexión de las superficies:

35 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 28 T 4 r = T 4 1 F p 1 + T 4 2 F p 2 + T 4 3 F p T 4 N F p N (4.6) A partir de la medición de la temperatura radiante plana en las seis direcciones y de los factores de forma proyectados sobre el cuerpo en las mismas seis direcciones se puede calcular la temperatura radiante media. 4.3 Temperatura radiante plana y asimetría de temperatura radiante Se trata de parámetros importantes a la hora de determinar las condiciones ambientales en el interior de un recinto. La primera se refiere a la temperatura uniforme de un recinto en el que la irradiación sobre un lado de un pequeño elemento plano a la misma que en un ambiente real no uniforme. La asimetría de temperatura radiante es la diferencia entre las temperaturas radiantes planas de los dos lados opuestos de un pequeño elemento plano. Existen diferentes formas de medir la temperatura radiante plana, y por lo tanto, para las distintas formas de medir existen diferentes tipos de aparatos. Siendo así, todos ellos se basan en el mismo principio, medir la cantidad de calor intercambiada por una superficie con respecto a la superficie plana en cuestión, y a partir de ese valor obtener la temperatura radiante plana. Los métodos empleados son los siguientes (se desarrollan con más detalle en el capítulo 5, en el cual se describen las características de los aparatos de medida): Sensor calentado, constituido por un disco reflectante y otro negro. Disco a temperatura de aire constante. Método de cálculo de la temperatura radiante plana. La asimetría de temperatura radiante se obtiene calculando la diferencia de las temperaturas radiantes planas de las superficies opuestas. Para ello se puede utilizar también un aparato denominado radiómetro neto (se describe en el capítulo 5). Se basa en la medición del flujo de calor entre dos superficies opuestas, que absorben calor por radiación procedente de superficies enfrentadas. Una vez medida la transferencia de calor entre las dos superficies del radiómetro la asimetría de temperatura radiante se calcula de la siguiente manera: P = σ (T 4 pr1 T 4 pr2 ) (4.7)

36 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 29 t pr = T pr1 T pr2 (4.8) P Radiación neta. σ Constante de Stefan-Boltzmann. T pr1 Temperatura radiante de la superficie 1. T pr2 Temperatura radiante de la superficie 2. Esta ecuación se resuelve P = 4 σ Tn 3 (T pr1 T pr2 ) (4.9) donde 4 σ Tn 3 Coeficiente lineal de transmisión de calor por radiación. Tn temperatura del radiómetro neto. T n = 1 2 (T pr1 + T pr2 ) 4.4 Humedad La humedad del aire es un factor importante a la hora de determinar las condiciones térmicas del ambiente. La humedad afecta a la transferencia de calor por evaporación las personas, una humedad alta dificulta la evaporación del sudor aumentando el estrés térmico del individuo. Para una temperatura determinada el aire es capaz de contener una determinada cantidad de agua, superada esta cantidad de agua, ésta empieza a condensar. La cantidad de agua que es capaz de contener el aire aumenta con la temperatura del aire. Los instrumentos más utilizados para medir la humedad son: Higrómetros de punto de rocío. Higrómetro de variación de conductividad eléctrica. Higrómetro de absorción. Psicrómetro.

37 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 30 Los higrómetros de punto de rocío se basan en el enfriamiento de una superficie, hasta que produzca la condensación de la primera gota del agua contenida en el aire. Las impurezas depositadas en la superficie enfriada pueden provocar errores en la medición de la temperatura de rocío, por lo tanto es imprescindible mantener limpia esta superficie. Dentro de los higrómetros de variación de conductividad eléctrica están los higrómetros de cloruro de litio y los de capacitancia. Los primeros miden la humedad absoluta por medio de la variación de la temperatura debido a la variación de la conductividad eléctrica en el sensor en función de la humedad del aire. Los higrómetros de capacitancia utilizan la capacidad eléctrica del sensor para determinar la humedad relativa. Deben tomarse una serie de precauciones a la hora de realizar las mediaciones con los higrómetros de cloruro de litio. La velocidad del aire sobre este tipo de sensores no debe superar un valor determinado, ya que aumentaría la transferencia de calor por convección y esto supondría lecturas demasiado bajas de temperatura, moviendo el punto calibración. Para no estropear los electrodos, conviene que la alimentación de los electrodos del higrómetro sea constante una vez que esté funcionando. Deben cuidarse las partes sensibles del sensor de las impurezas conductoras, estas podrían distorsionar las lecturas. Es conveniente renovar la solución de cloruro de litio y limpiar el detector. Los higrómetros de absorción (tipo filamento) se basan en el alargamiento de ciertas materias orgánicas debido a las tensiones superficiales del agua depositada en los poros de estos materiales. El psicrómetro se basa en el enfriamiento, debido a la evaporación, de un termómetro húmedo en una corriente de aire. Midiendo la temperatura de bulbo húmedo con este dispositivo, y la temperatura bulbo seco mediante un termómetro corriente, se puede utilizar un diagrama psicrométrico para determinar la presión parcial de vapor de agua del aire y la humedad relativa. Aunque el psicrómetro se base en un principio sencillo es necesario tomar una serie de precauciones para su correcta utilización, y para que la medición represente las condiciones del ambiente estudiado. Es por ello que conviene que el termómetro húmedo sea ventilado a una velocidad no menor a 4-5 m/s. La velocidad mínima de ventilación disminuye con el tamaño del sensor de temperatura. Conviene proteger los termómetros húmedos y secos de la radiación, utilizando para ello una pantalla. La mecha húmeda que rodea la parte sensible del termómetro húmedo debe cubrir más allá de la parte sensible del termómetro para prevenir los errores debidos a la conducción térmica. La extensión de la mecha sobre la parte sensible se indica en la tabla D.2 de la Norma ISO 7726 en el Anexo D. Se recomienda utilizar agua destilada para humedecer la mecha y que la mecha permita que el agua circule fácilmente a través de ella por capilaridad. Si la presión barométrica se desvía un 2% de 101,3 kpa, conviene registrar esta

38 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 31 incidencia. 4.5 Presión La presión en ambientes interiores no variará de forma significativa con respecto a la presión atmosférica, a no ser que se presurice el local. Por lo tanto, a efectos de confort o bienestar no tendrá una influencia que pueda considerarse determinante. Donde sí toma especial relevancia la medida de presiones es en la comprobación y definición de las características de funcionamiento de los aparatos HVAC. Las medidas de presiones absolutas o diferenciales con respecto a la atmosférica y las medidas de presión diferenciales en diferentes puntos del sistema, determinarán el correcto comportamiento de sistemas de presurización, o las pérdidas de carga provocadas por los conductos y rejillas de ventilación, por ejemplo. 4.6 Velocidad del aire Para valorar el confort térmico de un recinto es necesario determinar la magnitud de la velocidad en localizaciones características del local, así como las fluctuaciones que sufre con respecto al valor medio. Muchos estudios demuestran que la turbulencia generada en el interior de un local es una fuente importante a la hora de determinar el malestar o disconfort de los ocupantes. Para poder llevar a cabo las mediciones con éxito, es necesario tener cuidado con los siguientes factores: la calibración del aparato de medida, el tiempo de respuesta del aparato y el periodo de medida. El primero de los factores citados corresponde con la medición exacta de la velocidad media. Para poder calcular la intensidad de la turbulencia, mediante la desviación típica, es necesario que el sensor sea capaz de detectar variaciones rápidas de la velocidad. El periodo de medida corresponde al valor de la intensidad de la turbulencia y a la frecuencia de fluctuación de la velocidad, es necesario un periodo de medición mayor para un flujo con alta intensidad de turbulencia y baja frecuencia de fluctuación. Existen diferentes tipos de instrumentos que son utilizados para medir la velocidad del aire: Tubo de Pitot.

39 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 32 Anemómetro de álabes. Anemómetro de hilo caliente. Anemómetro de hilo pulsado. Anemómetro de esfera caliente. Anemómetro ultrasónico. Anemómetro Doppler a láser. Cada uno de ellos tiene distintas características que serán detalladas en el siguiente apartado. Debido a estas distintas características las precauciones que se deben tomar previo a su uso y durante su uso son distintas. El tubo de Pitot mide la presin estática y la de estancamiento para calcular la velocidad del aire. p = p estancamiento p estática (4.10) p = K 1 2 ρ v2 (4.11) P Densidad del fluido. P Velocidad del fluido. P Factor de corrección determinado mediante calibración. La fluctuación de la velocidad del aire, la turbulencia, es uno de los parámetros que más influye en el confort térmico de las personas. El parámetro más importante que se considera para aplicaciones de IAQ y IEQ es la intensidad de turbulencia. La intensidad de turbulencia se define como la relación entre la desviación típica de la velocidad y la velocidad media. IT = σ U U (4.12) IT Intensidad de turbulencia.

40 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 33 Figura 4.1: Porcentaje de personas insatisfechas en función de la velocidad media del aire y la intensidad de turbulencia. σ U Desviación típica. U Velocidad media. Para evaluar este parámetro es necesario utilizar instrumentos de medida de velocidad de respuesta rápida, estos instrumentos son el anemómetro de hilo caliente, el anemómetro de esfera caliente y de termistor, el anemómetro ultrasónico y el anemómetro Doppler a láser. La frecuencia de muestreo del aparato de medida necesario depende de las características del flujo de aire y del error que se quiera cometer. La turbulencia es un fenómeno que para su evaluación es necesario realizar un análisis estadístico. Para realizar el análisis estadístico correctamente es necesario disponer de mediciones que sean eventos independientes, esto significa que cada medición debe tener la misma probabilidad de que tome un cierto valor y que cada una de las mediciones no se vea afectado por las demás. Con esto se puede decir que se han realizado independientes experimentos del mismo proceso aleatorio. De esta forma y tomando suficientes mediciones, podemos obtener la velocidad media del aire en un punto en concreto, con la certeza de que este valor converge con la velocidad media real. Para ello es necesario definir el intervalo de tiempo entre cada registro de la velocidad instantánea y el número de registros necesario. Esto se hace estimando diferentes parámetros: la intensidad de turbulencia, el error admisible y la escala

41 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 34 Figura 4.2: Velocidad del aire equivalente para un flujo no turbulento que produce el mismo porcentaje de personas insatisfechas. integral de tiempo. T = 2 I (IT)2 ε 2 U T (4.13) N = T 2 I (4.14) f s = N T (4.15) T Tiempo total de muestreo. I Escala integral de tiempo. ε UT Error para el cálculo de la velocidad media. N Número mínimo de registros de velocidad instantánea. f s Frecuencia de muestreo.

42 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 35 A la hora de realizar las mediciones necesarias para calcular la intensidad de turbulencia, es necesario tener en cuenta la turbulencia que pudiera generar en propio instrumento de medida de velocidad instantánea. 4.7 Caudal de ventilación La ventilación se considera como el aporte de aire más limpio en un recinto. La ventilación se puede diferenciar por la forma en que se realiza, como ventilación natural o ventilación forzada. La diferencia está en que la ventilación natural se realiza sin la necesidad de ningún tipo de equipo mecánico a diferencia de la ventilación forzada. Puede considerarse también la ventilación híbrida, que se da cuando se produce la ventilación de forma natural y por equipos mecánicos simultáneamente. Teniendo en cuenta la eficiencia energética y los requerimientos de calidad del aire en los edificios, se debe cumplir con un mínimo de caudal de ventilación según el nuevo Código Técnico para la Edificación, tabla 4.1. Tabla 4.1: Caudales de ventilación mínimos exigidos por CTE. Por lo tanto resulta necesario calcular el caudal de ventilación en cada uno de los locales que componen una vivienda. Para predecir el caudal de ventilación existen diferentes formas, pudiendo clasificarlos en métodos indirectos y directos. Dentro de los métodos directos se incluyen el método de la rendija, el método de medición de velocidad del aire en difusores de aire y el método de medición de velocidad del aire en conductos de impulsión. En cuanto a los métodos indirectos, utilizan gases trazadores.

43 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 36 El método de la rendija es el más impreciso de todos, y por ello se utiliza cuando no es posible emplear ninguno de los demás métodos. Consiste en calcular la ventilación natural utilizando las dimensiones de las rejillas de ventilación y la velocidad y orientación del viento en los cerramientos que limitan el local. El método de velocidad del aire en difusores de aire es más preciso que el anterior, se mide la velocidad del aire en los difusores y se calcula el caudal de ventilación en base a esa velocidad. La velocidad del aire en la entrada o salida del conducto se medirá, utilizando algún instrumento de los descritos en el punto anterior. A la hora de medir la velocidad media habrá que tener en cuenta que la velocidad no será uniforme en toda la sección, por lo que será necesario realizar mediciones en diferentes puntos para calcularla. El problema del método expuesto, es que para distribuciones de velocidad poco uniformes, el cálculo de la velocidad media tiene una gran incertidumbre. En estos casos es más adecuado utilizar algún otro método. Uno de ellos es utilizar una campana colocada en la salida o entrada del conducto para recoger el aire, este aire pasa a través de la campana por una sección de área conocida, donde es medida la velocidad. Mediante el tubo de Venturi, que consiste en una tobera convergente-divergente, se consigue calcular el caudal, relacionándolo con la diferencia de presiones aguas arriba de la garganta y en la garganta por medio de la ecuación de Bernoulli. El método de velocidad del aire en conductos de impulsión se basa igualmente en la toma de valores de velocidades mediante un anemómetro. Se trata del método más preciso entre los directos. Los mayores inconvenientes de este método son la necesidad de introducir el anemómetro en el conducto de ventilación, y que la propia sonda puede alterar la medición. Debe tenerse en cuenta que si la velocidad no es uniforme en la sección del conducto, el cálculo del caudal puede ser impreciso. También se pueden medir los caudales de ventilación en conductos, midiendo la velocidad a la que se mueven los torbellinos creados mediante una obstrucción. Los torbellinos se moverán a la velocidad proporcional a la del fluido, así como la frecuencia de creación de los torbellinos. Por lo tanto, utilizando diferentes tipos de sensores que pueden medir la frecuencia a la que se crean estos torbellinos se puede calcular el caudal, estos sensores son, por ejemplo, el anemómetro de esfera caliente, un transductor de presión o un sensor de ultrasonidos.

44 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 37 Los instrumentos para medir caudales citados deben colocarse en el conducto. Esto requiere de un trabajo de montaje y desmontaje, aparte de que los tramos de conductos en lo que colocarlos deben cumplir una serie de características, que no siempre se darán. Estos métodos sólo son capaces de dar valores de caudales de ventilación y el número de renovaciones de aire por hora en el interior del local, por lo que quedan sin definir parámetros generales tan importantes de la ventilación como, la edad media del aire en el local o parámetros puntuales como la edad del aire en un punto del local. El método de gases trazadores, consiste básicamente en liberar cierta cantidad de gas, llamado gas trazador, y estudiar su comportamiento en el local. El gas liberado tendrá una baja concentración en la naturaleza, de esta forma se podrá registrar su concentración en uno o más puntos del local y obtener los parámetros que definen la ventilación en el local mediante desarrollos matemáticos. Dependiendo de las variables a medir y las condiciones del local a analizar, deberá utilizarse el método más adecuado. Todos los métodos se basan en la conservación de la masa, para deducir los parámetros de interés en cuanto a ventilación del local a partir de las mediciones de concentraciones de gas trazador realizadas en el local. Los parámetros que definen la ventilación que se pueden calcular, son los siguientes: Caudal de ventilación. Número de renovaciones por hora. Edad nominal del aire, es el inverso del número de renovaciones por hora, indica el tiempo medio del aire dentro del local. Edad del aire en un punto del local, indica la calidad de la ventilación en un punto del local. Se trata del tiempo medio, que las partículas de aire que pasan por ese punto en concreto, permanecen en el local. Edad del aire en la extracción, es el tiempo medio que tardan las partículas que entran en el local, para abandonarlo por la extracción. Índice de renovación de aire local, expresa lo adecuado que es la renovación de aire en un punto del local con respecto al local entero. Índice de renovación de aire global, indica lo adecuado que es la renovación de aire en el local en relación con la edad nominal de aire. Eficiencia de la renovación de aire, se consigue dividiendo la edad del aire nominal entre dos veces la edad media del aire en el local. Cuanto mayor sea este valor, mejor será la renovación de aire en el local.

45 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 38 Se utilizan diferentes métodos, para conseguir los datos necesarios para calcular estos parámetros, aunque el local condicionará la precisión y facilidad a la hora de poner en práctica cada uno de ellos. Para calcular la renovación de aire en un local se pueden utilizar tres métodos diferentes. El más básico es el método de la caída de la concentración, y con el cual, podemos calcular la renovación de aire y la edad media del aire en periodos cortos de tiempo. Consiste en inyectar el gas trazador en el local hasta que se consigue una concentración adecuada, momento en el cual se deja de inyectar. Para que la concentración del gas trazador sea uniforme en todo el local se utiliza un ventilador. La medición se inicia cuando se deja de inyectar el gas, y se acaba cuando la concentración sea lo suficientemente baja para que las mediciones no sean aceptables, por motivo del límite de detección del analizador de gases utilizado. Si el proceso se realiza adecuadamente, se conseguirá un gráfico semejante al que se presenta en la figura 4.3. Figura 4.3: Evolución de la concentración del gas trazador con respecto al tiempo. El segundo de los métodos que se puede utilizar para medir las renovaciones de aire, es el método de la emisión constante. Se trata de llegar al equilibrio en el que la cantidad de gas trazador introducida en el interior del local sea la misma que la cantidad que sale, esto se consigue cuando la concentración del gas trazador en el interior del local permanece constante. Este método necesita periodos largos de medida y se utiliza en estancias con geometrías simples. Para llevar a cabo este método es necesario regular la emisión del gas trazador y utilizar un ventilador. No se utiliza tanto como los anteriores métodos de medida debido a que necesita una gran cantidad de gas trazador. El último de los métodos que se emplea para medir las renovaciones de aire, es el método de la concentración constante. Se trata de un método similar al anterior. Se debe mantener la concentración constante dentro del local durante el periodo de medición, siendo necesario para ello controlar la emisión del gas trazador. Se trata del mejor método para locales de gran volumen sin necesidad

46 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 39 de utilizar grandes cantidades de gas trazador, pudiendo hacer las mediciones durante 24 horas con la ocupación habitual del local de forma económica. Que el local presente velocidades de renovación de aire adecuadas no significa que todos los puntos del local la tengan, pudiendo existir zonas con mala ventilación, dando como resultado que haya zonas poco salubres. Para controlar esto es necesario analizar la ventilación en puestos de trabajo, calculando la edad media del aire en puntos que estén ocupados. Se pueden utilizar tres métodos distintos para calcular la edad del aire en puntos concretos mediante gases trazadores, el método de la inyección pulsada, el método del crecimiento de la concentración y el método de la caída de la concentración. El método de la inyección pulsada consiste en marcar el aire de ventilación que entra en el local utilizando pulsos de gas trazador y midiendo la concentración del mismo en la salida y en los puntos de interés dentro del local. Se mide el tiempo necesario hasta que el gas sea detectado en los puntos de medida. Se trata de un procedimiento rápido y que utiliza poca cantidad de gas trazador, pero que presenta la dificultad de tener que obtener medidas rápidas. El método de crecimiento de la concentración consiste en ver como aumenta la concentración del gas trazador en ciertos puntos del local, debido a la emisión continua de gas en la entrada. No es aconsejable utilizar este método en locales de gran volumen, ya que es difícil conseguir una distribución uniforme del gas y porque es necesario utilizar una gran cantidad del mismo. El método de la caída de la concentración es el más utilizado para medir la edad del aire, es además el más preciso, presenta un gasto de gas trazador medio, y se trata de un método fácil de poner en práctica. Con este método, se puede determinar la edad del aire en cada punto del local. Se trata de un método similar al de la caída de concentración. Se introduce gas hasta conseguir un mezcla uniforme a una concentración determinada, a partir de este instante se deja de emitir el gas y de mezclar el aire para mantener la concentración uniforme en la estancia. Utilizando este procedimiento se puede determinar si en la estancia hay zonas de estancamiento y conocer su nivel. En contra, se trata de un método que sólo se puede utilizar en periodos cortos de tiempo, aunque aún siendo así, se trata del método más fiable. Todas las metodologías deben cumplir la ecuación de la continuidad, por lo que aplicándola se obtienen valores de caudales de ventilación, a partir de la cantidad de gas trazador liberada y de las concentraciones medidas. La ecuación de la continuidad aplicada a un volumen de control, se puede representar según la ecuación 4.16.

47 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 40 V dc dt = F(t) + Q(t) C 0a Q(t) C(t) (4.16) V dc dt Variación de la concentración del gas trazador en el volumen de control. F(t) + Q(t) C 0a Cantidad de gas trazador introducida en el volumen de control. Q(t) C(t) Cantidad de gas trazador que sale del volumen de control. V Volumen del volumen de control. dc dt Variación de la concentración del gas trazador. F(t) Emisión del gas trazador en el interior del volumen de control. Q(t) Caudal de aire que atraviesa el volumen de control. C 0a Concentración del gas trazador en el exterior del volumen de control. C(t) Concentración del gas trazador en el volumen de control. Antes de aplicar la metodología correspondiente y, por lo tanto, las simplificaciones debidas a cada metodología, se realizan una serie de hipótesis de partida, con sus respectivas simplificaciones. La cantidad de gas trazador es despreciable en comparación con la cantidad de aire, tanto dentro del local como fuera. El caudal de aire que entra y que sale del local es el mismo, por lo que se considera que la diferencia de densidades no es significativa. La concentración del gas trazador dentro del volumen de control es uniforme. Para conseguir esto, se homogeniza la concentración del gas trazador en el interior del volumen de control. La concentración del gas trazador en el exterior es nula. Aplicando estas hipótesis, resultará la ecuación simplificada 4.17 para la continuidad V dc dt = F(t) Q C(t) (4.17)

48 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 41 Llevadas a cabo las simplificaciones de partida, deben tenerse en cuenta las simplificaciones debidas a cada método. Empezando por el método de la caída de la concentración, las mediciones de las concentraciones empiezan cuando se ha conseguido una concentración uniforme en el interior del local y se deja de emitir gas, por lo tanto, se cumple que F(t) = 0: dc Q V = dt C(t) (4.18) que integrando Q V = ln C(t 0) ln C(t i ) t (4.19) Utilizando el método de la emisión constante, se emite una cantidad constante de gas trazador mientras duran las mediciones, consiguiendo que se cumpla dc dt = 0, y por tanto que C(t) = C. Esto hace que la ecuación de la continuidad se convierta en, 0 = F Q C (4.20) por tanto Q = F C (4.21) Si se utiliza el método de la concentración constante, una vez alcanzada la concentración consigna en el volumen de control, la cantidad inyectada de gas se mantiene constante, F(t) = F. Por lo tanto se obtiene la misma expresión que en el anterior método, ya que las simplificaciones aplicadas son las mismas. Dependiendo de la preparación de la envolvente, pueden calcularse diferentes parámetros: El flujo de aire de infiltración hacia el interior del edificio debido a las condiciones atmosféricas. Para ello, todas las aperturas internas deben

49 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 42 estar abiertas, y las aperturas externas deben estar cerradas. Los aparatos de ventilación (en caso de existir) deben estar apagados. El flujo de aire infiltrado al interior de una habitación. Para ello, deben cerrarse las posibles aperturas hacia otras habitaciones y hacia el exterior, y apagar los aparatos de ventilación. Para valorar la ventilación natural de un edificio, deben controlarse las condiciones de la envolvente del edificio (ventanas, puertas,...). Si se siguen correctamente los procedimientos y los requisitos de este método, el aire intercambiado en el interior de un local puede ser determinado con un 10% de su valor actual (según UNE-EN ISO 12569). La precisión se ve afectada por: Procedimientos de inyección y de distribución de gas. Muestreo del gas trazador y almacenamiento. Cambios en el viento, temperatura y regímenes operacionales del local. Determinación de la concentración del gas trazador. La gran mayoría de los estudios se realizan en una única zona, pero la necesidad de analizar la ventilación en edificios más complejos ha hecho posible desarrollar estudios multizona. Estos estudios multizona, además de tratar de determinar el flujo de aire entre el interior y el exterior del edificio, son capaces de calcular los flujos entre los diferentes locales que forman parte del edificio. 4.8 Visualización de flujos de aire Permite determinar, tanto cuantitativamente como cualitativamente, el patrón de movimiento del aire en el interior del local. Los métodos de visualización están basados en la dispersión de la luz por parte de pequeñas partículas sólidas o líquidas introducidas en la corriente de aire, o bien por la refracción de la luz por motivo de la diferencia de densidad de filamentos o partículas en el aire causada por el calentamiento del aire, o por la inyección de gas transparente de índice de refracción distinta a la del aire. Empezando con los métodos de dispersión, la inyección de humo en el aire es el más utilizado para visualizar el movimiento del aire dentro de un local. Debido

50 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 43 a la baja velocidad del aire, es importante que el humo tenga una densidad similar, ya que de otra forma puede que el aire y el humo no tengan el mismo movimiento. El método consiste en tomar fotografías en cada instante en el que se emite luz, para poder relacionar el movimiento del humo con el tiempo y calcular la velocidad del aire. La utilización del humo es simple y barata, pero ocupa rápidamente el local y necesita mucho tiempo para dispersarse. Por ello, sólo es utilizable en periodos cortos de tiempo. Los métodos Particle Streak Tracking y Particle Image V elocimetry se utilizan para medir la velocidad de las partículas trazadorasque se mueven en el aire. Los avances tecnológicos de los últimos años han facilitado la aplicación de estos métodos, además de permitir la visualización y la medición de la velocidad en flujos tridimensionales. En ambos casos se proyecta una luz en el dominio en el que previamente se han dispersado partículas. El método PST está basado en el estudio del movimiento de la partícula individual, mientras que el método PIV analiza el movimiento de las partículas con respecto a otras, por lo tanto el método PIV requiere muchas más partículas dispersas en el local que el método PST. En cuanto a los métodos de refracción, aprovechan que la variación de la densidad del aire produce cambios en la refracción de los rayos de luz a través del flujo de aire. Se pueden aplicar métodos de refracción inyectando partículas de gas de diferente densidad en el aire. Existen tres métodos basados en la refracción para determinar el movimiento del aire cuantitativa y cualitativamente, el método de seguimiento gráfico (shadowgraph), el método Schlieren y el método de interferómetro de Mach-Zehnder. Se trata de métodos específicos para el estudio de flujos compresibles. Su utilización no está muy extendida. 4.9 Confort térmico Se define como la condición de la mente que expresa satisfacción con el ambiente térmico. Depende de dos parámetros personales, la actividad y la vestimenta del individuo, y de cuatro parámetros ambientales que son la temperatura del aire, la temperatura media radiante, la velocidad del aire y la presión de vapor del agua. A partir del conocimiento y la medición de estos parámetros, se valora el confort térmico de los individuos que ocupan el local, calculando la temperatura operativa, la temperatura eficaz, el voto medio previsto (VMP) y el porcentaje de personas insatisfechas (PPI) utilizando ecuaciones empíricas. Debe tenerse en cuenta que el Voto Medio Previsto sólo puede calcularse cuando

51 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 44 los seis parámetros que lo definen están dentro de los límites que se imponen en la siguiente tabla. Tabla 4.2: Límites de los parámetros de cálculo de VMP. P arámetro V alores límite Actividad metabólica 0,8 a 4 met Grado vestimenta 0 a 2 clo Temperatura seca del aire 10 a 30 C Temperatura radiante media 10 a 40 C Velocidad del aire 0 a 1 m/s Humedad relátiva 30 a 70 % La temperatura operativa está relacionada con las pérdidas o ganancias de calor sensible del cuerpo con respecto al ambiente y se define como la temperatura uniforme de un recinto en el que un ocupante intercambiaría con el ambiente la misma cantidad de calor por radiación y convección que en el ambiente real no uniforme (ISO 7726). Su expresión se muestra en la ecuación 4.22 t o = h c t a + h r t r h c + h r (4.22) t a Temperatura del aire. t r Temperatura radiante media. h c Coeficiente de intercambio de calor por convección. h r Coeficiente de intercambio de calor por radiación. También se puede calcular utilizando la siguiente expresión t o = a t a + (1 a) t r (4.23) siendo a = h c h c + h r (4.24) La temperatura operativa se puede calcular a partir de la temperatura del

52 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 45 aire y de la temperatura media radiante. En la mayoría de los casos si la velocidad del aire es baja (< 0, 2 m/s) y la diferencia entre la temperatura del aire y la temperatura radiante media es pequeña (< 4 o C), la temperatura operativa puede calcularse como la media de la temperatura del aire y la temperatura media radiante. Para obtener resultados más precisos y para ambientes que no cumplan las condiciones de velocidad del aire y de diferencia de temperaturas citada, puede utilizarse otra expresión t o = A t a + (1 A) t r (4.25) donde A tomará distintos valores dependiendo de la velocidad relativa del aire v ar < 0, 2 0, 2 a 0, 6 0, 6 a 10 A 0,5 0,6 0,7 También se puede utilizar la expresión 4.26 para calcular la temperatura operativa t o = t a 10 v a + t r v a (4.26) La temperatura eficaz o efectiva tiene en cuenta además del calor sensible, las pérdidas por calor latente. Aunque es más utilizada la temperatura operativa, s puede calcular con la expresión 4.27 t e = t o + c (p(t a ) 0, 5 p s (t e )) (4.27) c Producto de la fracción de piel mojada por la eficiencia de permeabilidad al paso de vapor de la vestimenta y la capa de aire cerca de la piel y por la relación de Lewis entre los coeficientes de transferencia de calor evaporativo y convectivo. p(t a) Presión de vapor de agua (kpa) a la temperatura del aire. p s(t e) Presión parcial del vapor a saturación (kpa) a la temperatura efectiva. La norma ANSI-ASHRAE Standard establece zonas de bienestar para el invierno y el verano utilizando la temperatura operativa y la humedad relativa,

53 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 46 considerando que la actividad es sedentaria (< 1, 2 met) y el grado de vestimenta para verano es 0, 5 clo y para el invierno 0, 9 clo. Figura 4.4: Rangos aceptables de la temperatura operativa y humedad relativa para verano e invierno. Los índices ambientales definidos están basados en el análisis estadístico de datos experimentales tomados en laboratorio o in situ. Por lo tanto, cada índice se aplica únicamente en el rango de condiciones bajo los que se han realizado los experimentos, esto incluye tanto las condiciones físicas del ambiente como la vestimenta de individuos que realizan actividades sedentarias. Es por ello que utilizar estos índices en condiciones que nada tengan que ver con las condiciones experimentales con las que se desarrollan puede ser arriesgado a la hora de realizar un correcto análisis. Fanger desarrolló una aproximación basada en el intercambio de calor entre el cuerpo y el ambiente que lo rodea, que ha sido debidamente contrastada experimentalmente. Fanger define tres aspectos relacionados con el bienestar térmico:

54 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 47 El individuo debe estar en equilibrio térmico con el ambiente. La sensación térmica está relacionada con la temperatura de la piel. La sudoración requerida depende de la actividad desarrollada por el individuo. Teniendo en cuenta esto, se define la ecuación 4.28 para el cálculo del intercambio de calor: S = M + W + R + C + K E RES (4.28) S Desequilibrio térmico. M Potencia metabólica. W Potencia mecánica útil. R Intercambio de calor por radiación. C Intercambio de calor por convección. K Intercambio de calor por conducción. E Calor perdido por evaporación. RES Calor perdido por respiración. Fanger realiza una reducción de la expresión del balance de energía para obtener la relación 4.29: f(m, W, I cl, t a, t r, v a, p a ) = 0 (4.29) I cl Índice de vestimenta. Sustituyendo las expresiones que corresponden para el intercambio de calor entre el cuerpo y el ambiente, la expresión para la temperatura de la piel y las pérdidas de calor por evaporación se obtiene la expresión 4.31 desarrollada por Fanger: (M W) 3, [5733 6, 99 (M W) p a] 0, 0014 M (34 t a)

55 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 48 0, 42 [(M W) 58, 15] 1, M (5867 p a) (4.30) = 3, f cl [(t cl + 273) 4 (t r + 273) 4 ] f cl h c (t cl t a) t cl Temperatura de la superficie vestida. f cl Factor del área vestida. Esta expresión resulta muy complicada para su resolución, si no se hace mediante ordenador. De todas formas sólo puede ser utilizada para cuerpos en equilibrio térmico con el ambiente. Cuando el cuerpo no está en equilibrio con el ambiente, activa una serie de mecanismos para aumentar la temperatura de la piel y alcanzar el equilibrio (en caso de que sienta frío). A partir de la ecuación del balance de calor, Fanger desarrolló una serie de índices de sensación térmica. El primero de ellos es el que determina el voto medio previsto (VMP). El voto medio previsto es la media esperada de las opiniones de individuos que ocupan el local respecto a la sensación de frío o de calor. Se expresa en función del desequilibrio térmico y la actividad metabólica. V MP = DT (0, 303 e 0,036 M + 0, 028) (4.31) DT Desequilibrio térmico. El porcentaje de personas insatisfechas (PPI) establece cuantitativamente cuantas personas se prevé que estarán térmicamente insatisfechas en un local. Fanger relaciona este índice con el VMP mediante la siguiente ecuación PPI = e (0,2179 V MP2 +0,03353 V MP 4 ) (4.32) También puede calcularse el porcentaje de personas insatisfechas debido a la velocidad media del aire y a la intensidad de turbulencia (Draught rate). DR = (34 t a ) (v a 0, 05) b (a + c v IT) (4.33) t a Temperatura del aire. Debe estar dentro del siguiente rango para que la anterior expresión sea válida, 20 < t a < 26 C. v a Velocidad media del aire. Debe estar dentro del siguiente rango para que la anterior expresión sea válida, 0, 05 < v a < 0,4m/s.

56 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 49 a Constante, igual a 3, 143. b Constante, igual a 0, c Constante, igual a 0, IT Intensidad de turbulencia. Debe estar dentro del siguiente rango para que la anterior expresión sea válida, 0 < IT < 70% Ruido El sonido es una vibración que se genera y se propaga en el medio. Estas ondas se propagan a una velocidad que es la suya propia, denominada velocidad del sonido hasta que llegan a nuestro oído. Las ondas sonoras tienen una frecuencia entre 20 Hz y 20 khz, y su intensidad se mide en decibelios (db). No hay una definición exacta para el ruido, pero se puede decir que se trata de un sonido que produce una sensación desagradable a quien lo escucha. Desde el punto de vista médico, se define como ruido aquel sonido que pueda producir pérdida de capacidad auditiva, ser nocivo para la salud o que interfiera en la actividad normal de una persona. La diferencia entre ruido y sonido es muy subjetiva, y no depende únicamente en la sensibilidad de las personas, también influye la circunstancia en la que se produce y las características del sonido o ruido (intensidad, tono, duración, variaciones de tiempo y forma de presentación). Los parámetros que determinan si un ruido es peligroso para la salud, son: Intensidad acústica: Energía acústica transmitida por unidad de área (db). Frecuencia: Son los ciclos de la onda de presión. Tiempo de exposición: Periodo de tiempo en el que se está expuesto a un ruido determinado.

57 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes Iluminación La luz es otra forma de propagación de la energía, en este caso lo hace por radiación. La radiación es una perturbación periódica del estado electromagnético del espacio. El ambiente luminoso se describe con los siguientes términos: Intensidad luminosa: Es el flujo emitido en un ángulo sólido en una dirección dada. Se mide en candelas. Flujo luminoso: Es la cantidad de luz emitida por una fuente luminosa por unidad de tiempo. Se mide en lúmenes. Iluminancia: Es la relación entre el flujo luminoso incidente en una superficie por unidad de área. Se mide en luxes. Brillo: Es la intensidad luminosa de una superficie en una dirección dada, por unidad de área proyectada de la misma. Se denomina deslumbramiento el brillo que produce molestia, interferencia con la visión o fatiga visual. Contraste de luminancia: Son las variaciones en la cantidad de energía, medida fotométricamente, de una imagen, por lo tanto, en el brillo percibido. En cuanto a la calidad del ambiente luminoso los parámetros que se utilizan con más frecuencia son la iluminancia y el contraste de luminancia Contaminantes Debido a que las fuentes de algunos contaminantes están asociados a procesos naturales o actividades industriales que se producirán lejos del núcleo urbano, los contaminantes generados en estos puntos rara vez llegarán a interferir de forma significativa en la actividad humana. Por ello, una serie de contaminantes serán más comunes en los espacios ocupados por el ser humano, porque son generados por ellos mismos o por la actividad que llevan a cabo. Por esta razón, se propone el análisis de la concentración de ciertos contaminantes, descartando otros. Estos contaminantes son los aerosoles o partículas en suspensión, el CO, el CO 2, los NO X y los V.O.C. (siglas en inglés de compuestos volátiles orgánicos). Igualmente se deben tener en cuenta los olores que puedan generarse por la actividad asociada al ambiente interior.

58 Auditorías de ventilación y calidad de aire en edificios existentes 51 Existen muchas fuentes de emisión de partículas a la atmósfera y suponen una fuente de contaminación exterior muy importante. Estas partículas se introducen en ambientes interiores y se suman a las generadas en el ambiente interior, constituyendo un problema en términos de calidad del aire interior. Estas partículas se pueden clasificar según su tamaño, su movimiento general dependerá del tamaño, de la forma y de la densidad de la misma. Para definir su comportamiento y sus efectos sanitarios y ambientales se deben determinar su tamaño, forma, concentración y las características físicas, mecánicas y radiactivas. El CO es un gas incoloro e inodoro que puede aparecer en ambientes interiores debido a procesos de combustión incompleta, asociados a calderas, chimeneas y cigarrillos. Las fuentes más habituales de CO 2 en ambientes interiores son las personas y las combustiones. Las personas son la fuente de CO 2 más importante, su emisión es proporcional al número de personas y a la actividad que desarrollan. El CO 2 se toma como un indicador simplificado de la calidad del aire interior. Para referirse a los óxidos de nitrógeno se utiliza el término NO x, el cual engloba los siguientes compuestos: óxido nítrico (NO), dióxido de nitrógeno (NO 2 ), óxido nitroso (N 2 O), trióxido de dinitrógeno (N 2 O 3 ), tetraóxido de dinitrógeno (N 2 O 4 ) y pentaóxido de dinitrógeno (N 2 O 5 ). Entre todos ellos, los compuestos que se consideran son los dos primeros, debido a su toxicidad y su gran reactividadmediante mecanismos fotoquímicos. De todas formas, el dióxido de nitrógeno causa mayores problemas en la salud humana para menores concentraciones en comparación con el óxido nítrico. El dióxido de nitrógeno es un gas de color marrón rojizo de gran toxicidad y altamente corrosivo. Aparece en ambientes interiores debido a la contaminación exterior y por la combustión en aparatos domésticos en el caso de las viviendas. Los compuestos volátiles orgánicos engloban un gran número de vapores orgánicos que contaminan el aire interior. Estos componentes se encuentran en mayores concentraciones en ambientes interiores que exteriores, indicando su origen. Se han identificado más de 300 componentes en el aire interior, siendo los más frecuentes el etilbenceno, benceno, orto xilenos, meta xilenos, para xilenos, estireno y disolventes clorados. Las fuentes más habituales son las combustiones, materiales y productos de construcción y mobiliario, disolventes, detergentes, cosméticos, gasolinas, agua sanitaria, pesticidas y determinados alimentos. El olor es el resultado de la actividad humana, del humo de tabaco, de cocinar, de desperdicios,... Esta asociado con el disconfort, aunque ciertos olores pueden afectar a la salud si la exposición es prolongada.

59 Cápitulo 5 Equipos de medida Para poder determinar la calidad del aire y del ambiente interior, así como los requerimientos de energía para poder alcanzarlos, es necesario cuantificar una serie de variables que definirán el comportamiento del recinto. Estas variables se han definido en el capítulo 4. En este apartado se describen los aparatos de medida más habituales, algunos de ellos son de uso común para ingenieros y científicos, mientras que otros son específicos para la medición de parámetros físicos del ambiente interior. Hay que tener en cuenta que la Norma ISO 7726 indica las características mínimas que deben cumplir los instrumentos de medida para que sean válidos. 5.1 Características Temperatura La gran mayoría de los aparatos que miden la temperatura utilizan el fenómeno físico de la expansión térmica. La expansión de los líquidos es utilizada en los termómetros de bulbo, en los cuales mediante la utilización de diferentes líquidos se cubre el rango entre 70 C y 540 C. El mercurio es el líquido termométrico más usado en aplicaciones de HVAC, ya que su rango cubre las temperaturas típicas en ambientes interiores. 52

60 Equipos de medida 53 Las mediciones del termómetro de este tipo pueden ser afectadas por la radiación de las superficies que se encuentran alrededor del mismo, cuando las temperaturas de estas superficies difieren de la temperatura del aire a medir, además de tratarse de aparatos que tienen un alto tiempo de respuesta que los hace inservibles para medir variaciones rápidas de la temperatura. Los termómetros de presión consisten en un bulbo y un aparato de medida de presión interconectados mediante un tubo capilar, donde un cambio en la temperatura representa un cambio en la presión. El fluido termométrico puede ser líquido, gas o un combinación de ambas. Este tipo de termómetros produce una salida lineal para un amplio rango de temperaturas. La precisión de estos aparatos no es tan buena como la de otros aparatos de medida de la temperatura. Los termopares convierten la energía térmica en energía eléctrica mediante dos uniones de dos metales diferentes. La fuerza electromotriz generada será proporcional a la diferencia de temperaturas entre las dos uniones, mediante el efecto Seebeck. Asociados a este efecto, aparecen otros dos efectos conocidos como efectos Peltier y efecto Thompson, que contribuirán a errores en la medición de la temperatura. A la hora de escoger un termopar, dos son los parámetros más importantes a tener en cuenta, la sensibilidad y el rango de temperaturas del termopara. Características secundarias, pero también importantes, serán la vida, la estabilidad y la resistencia a la oxidación. Figura 5.1: Principio de funcionamiento del termopar. El fundamento de los termómetros de resistencia se basa en que la resistencia eléctrica de algunos materiales cambia de manera reproducible con la temperatura. Metales como el platino, níquel, cobre, tungsteno y algunas aleaciones son las más utilizadas, siendo el platino el más adecuado, ya que se trata de un material inerte y estable, que reproduce de forma repetible los cambios de la resistencia con respecto a la temperatura. La variación de la resistencia del material empleado con la temperatura se puede representar mediante la ecuación 5.1:

61 Equipos de medida 54 Tabla 5.1: Materiales utilizados para la construcción de termopares. R T T 0 = 1 + A T + B T 2 (5.1) R T Resistencia del termómetro a la temperatura T. R 0 Resistencia del termómetro a la temperatura 0 C. T Temperatura en C. A, B Coeficientes temperatura. El termistor se basa en el mismo principio que el termómetro de resistencia, con la única diferencia que el material utilizado es un semiconductor. Los que tienen forma de pequeña gota son utilizados cuando es necesaria una rápida respuesta, pero a diferencia del termómetro de resistencia la temperatura tiene un comportamiento no-linear con la resistencia, ver ecuación 5.2. R T = R 0 e B ( 1 T 1 T 0 ) (5.2) T, T 0 Temperaturas absolutas en K. B Coeficiente de temperatura del sensor.

62 Equipos de medida 55 Al contrario que los termómetros de resistencia, en la mayoría de los termistores, la resistencia del termistor disminuye a medida que aumenta la temperatura del sensor. Aunque los termistores son menos precisos que los termómetros de resistencia de platino, son muy utilizados, debido a que se pueden construir de diferentes tamaños y formas, además de que tienen una respuesta más rápida, pudiendo ser utilizados para medir velocidades del aire si se configuran adecuadamente. Puede determinarse la distribución bidimensional de la temperatura en una superficie utilizando una cámara de infrarrojos. Mediante este dispositivo, y con la ayuda del correspondiente software, se obtienen contornos de temperatura en las superficies. Es muy útil a la hora de detectar pérdidas de calor a través de las superficies d los cerramientos Temperatura radiante El termómetro de globo es el aparato que se utiliza comúnmente para determinar la temperatura radiante media de un recinto. Consiste en una esfera negra de finas paredes que en su centro dispone de una sonda que mide la temperatura. Cuanto menor sea el diámetro de la esfera, mayor es el efecto de la transferencia de calor con el aire, reduciendo la precisión de la medida. Para remediar este error, ISO Standard 7726 recomienda utilizar esferas de 150 mm de diámetro. Figura 5.2: Termómetro de globo. Para eliminar el efecto de la convección en la lectura de la temperatura

63 Equipos de medida 56 de globo, pueden colocarse dos globos con diferente emisividad, uno con una superficie negra y otro con una superficie reflectante. Debido a que la pérdida de calor por convección en las dos esferas es la misma, la diferencia en las pérdidas de calor en los dos globos será igual a la cantidad de calor por radiación que se pierde en la esfera negra. Para este tipo de sondas, se pueden utilizar diferentes tipos de formas del globo, como por ejemplo elipsoides, para simular el cuerpo humano. También se puede eliminar el efecto de la convección en la medición del termómetro de globo manteniendo la temperatura del globo a la misma temperatura del aire. Esto requiere que el globo sea enfriado o calentado. La mayor desventaja del termómetro de globo es su lenta respuesta a las variaciones, entre 20 y 30 minutos utilizando termómetros de mercurio, que los hace poco atractivos cuando es necesario medir la temperatura radiante en diferentes localizaciones de un mismo recinto, para determinar la temperatura radiante media del recinto completo. El tiempo de respuesta puede disminuirse hasta los 6 minutos sustituyendo el termómetro de mercurio por un termopar e incorporando un pequeño ventilador en el interior del globo Temperatura radiante plana y asimetría de temperatura radiante Para medir la temperatura radiante plana se pueden utilizar dos aparatos distintos, además del radiómetro neto. El primero de ellos, se trata de un aparato constituido por dos discos, siendo uno de ellos pulido y el otro una superficie negra. Para obtener la temperatura radiante plana, se calientan ambas superficies a la misma temperatura y se mide el calor suministrado a cada una para mantener esa temperatura de consigna. La diferencia será el calor suministrado por la superficie negra al ambiente. El cálculo de la temperatura radiante plana se hará como sigue, T 4 pr = T 4 s + P p P b σ (ε b ε p ) (5.3) T pr Temperatura radiante plana. T s Temperatura del disco.

64 Equipos de medida 57 P p Calor suministrado al disco pulido. P b Calor suministrado al disco negro. ε p Emisividad del disco pulido. ε b Emisividad del disco negro. El segundo aparato que se puede utilizar para medir la temperatura radiante plana es un disco calentado a la temperatura del aire que lo rodea. De esta forma no existe pérdida de calor por convección, por lo tanto para mantener la temperatura del disco es necesario suministrar o extraer calor. Este calor será igual al calor absorbido o cedido por radiación. T 4 pr = T 4 s + P s σ ε s (5.4) P s Calor o frío suministrado al disco. ε s Emisividad del disco. También se puede utilizar el radiómetro neto para medir la temperatura radiante plana de una superficie, para ello se utiliza un adaptador. El radiómetro neto consiste en un elemento plano negro con un fluxómetro que mide el flujo de calor entre los dos lados del elemento plano. Los dos lados se separan mediante un aislante, y cada una de ellas se protege de la transferencia de calor por convección mediante una fina esfera de polietileno Humedad Se puede medir la temperatura del punto de rocío del aire enfriando un espejo hasta que se produce la condensación del vapor de agua sobre su superficie. Utilizando tablas o diagramas se puede obtener la humedad relativa y la humedad absoluta a partir de esta temperatura. La precisión de este tipo de dispositivos esta por debajo de 1 K, aunque puede ser afectada por el depósito de otros vapores o de partículas sobre la superficie del espejo. El espejo normalmente se enfría termoeléctricamente y la formación del rocío se detecta mediante células fotoeléctricas. Los higrómetros de variación de conductividad eléctrica son sensibles a la

65 Equipos de medida 58 variación de la humedad relativa, siendo su respuesta la variación de la conductividad eléctrica con la cantidad de la humedad absorbida. Los más comunes son los higrómetros de solución de cloruro de litio (ver figura 5.3). Consiste en un fino tubo aislante cubierto por lana de vidrio impregnado en la solución de cloruro de litio. La lana de vidrio se sujeta al tubo aislante mediante los dos electrodos que lo rodean en hélice, todo ello está cubierto por una funda protectora. Los electrodos están conectados a una fuente de alimentación de baja tensión. La corriente resultante provoca el calentamiento de la solución y la consiguiente evaporación del agua y la cristalización del cloruro de litio, disminuyendo la conductividad y por lo tanto, la temperatura. Es en este momento cuando la solución de cloruro de litio puede absorber más humedad del aire aumentando de nuevo su conductividad. Una vez establecido el equilibrio entre el agua contenida en el aire, la potencia de calentamiento y la temperatura de la sonda, la temperatura medida por la sonda sólo depende de la presión de vapor, pudiendo relacionar ésta con la humedad absoluta. Figura 5.3: Sensor de humedad de cloruro litio. Este tipo de sensores sólo puede ser utilizado dentro de un pequeño rango de humedades relativas, por lo que resulta necesario utilizar 7-8 sensores para cubrir el rango de humedades relativas 7-98%. Este tipo de instrumentos es capaz de medir con una precisión de 1,5% y tiene un tiempo de respuesta alrededor de 6 minutos. Existen otro tipo de sensores capaces de medir la humedad relativa. Estos sensores utilizan una película de polímero colocada entre dos electrodos, el polímero cambia su capacitancia según la cantidad de humedad que contenga, por lo que la capacitancia entre los electrodos también cambia. La variación de la capacitancia es convertida en voltaje o corriente cuando es aplicada una señal de frecuencia variable sobre los electrodos. Se trata de un instrumento de bajo-medio precio, con una respuesta de 16 s. que es capaz de medir la humedad relativa con una precisión del 2% en un rango de temperaturas entre 5 y 55 C. El psicrómetro es un aparato de medida que consiste en dos sensores de temperatura, uno para medir la temperatura de bulbo seco y el otro para medir la temperatura de bulbo húmedo, equipado con un dispositivo que asegura su ventilación. Mediante el primero de los termómetros se mide la temperatura del aire, o temperatura seca, y el segundo mide la temperatura húmeda. Este último termómetro consiste en un termómetro cubierto por una mecha húmeda.