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Transcripción

1 LECCION 1 CONFORT TÉRMICO 1.1 Introducción. El confort ambiental. 1.2 Reglamentación del ambiente térmico. 1.3 Confort térmico. 1.4 Parámetros que intervienen en la calidad ambiental térmica. 1.5 Variables que intervienen en el ambiente térmico. 1.6 Escalas de sensaciones térmicas. 1.7 Malestar térmico local. 1.8 Procedimientos adaptativos. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 1

2 1.1 INTRODUCCIÓN. EL CONFORT AMBIENTAL. ERGONOMÍA: Etdi Estudio de las sensaciones de las personas en diferentes condiciones del entorno. (POSIBLE RENTABILIDAD ECONÓMICA) OBJETIVO DE UNA INSTALACIÓN DE ACONDICIONAMIENTO: Crear un ambiente en el que los ocupantes estén satisfechos. CALIDAD DE LAS INSTALACIONES: Porcentaje de insatisfechos con el entorno: CLASEA, B, C ADECUAR TÉRMICAMENTE => CONSUMIR ENERGÍA OBJETIVOS: CONSUMIR EL MÍNIMO DE ENERGÍA LOGRAR ADECUADO CONFORT AMBIENTAL Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 2

3 1.1 INTRODUCCIÓN. EL CONFORT AMBIENTAL. CALIDAD DE AMBIENTES INTERIORES AGENTES AGENTES AGENTES FÍSICOS QUÍMICOS BIOLÓGICOS CONFORT TÉRMICO RUIDO ÍLUMINACIÓN I.A.Q. OCUPACIÓN Y CONTAMINACIÓN EXTERIOR TÉCNICAS DE CONTROL ACTIVIDAD CARACTERÍSTICAS DEL EDIFICIO BACTERIAS VIRUS Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 3

4 1.1 INTRODUCCIÓN. EL CONFORT AMBIENTAL. PARÁMETROS A CONTROLAR POR LAS INSTALACIONES HVAC: CONFORT TÉRMICO TEMPERATURA HUMEDAD DEL AIRE VELOCIDAD DEL AIRE CALIDAD DEL AIRE INTERIOR: Caudal lde aire exterior (Aire de renovación) RUIDO: Unidades exteriores (compresores) Ventiladores de unidades interiores, etc. ILUMINACIÓN: Cargas térmicas interiores. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 4

5 1.2 REGLAMENTACIÓN DEL AMBIENTE TÉRMICO. REGLAMENTACIÓN ACTUAL CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN Terminología: Temperatura y humedad que proporcionen sensación de bienestar adecuada y suficiente a sus ocupantes. Exigencia básica HE1 - Limitación de la demanda energética: Envolvente con características que limite la demanda energética para conseguir bienestar térmico. Evitar puentes térmicos y problemas higrotérmicos (condensaciones). Exigencia básica HE 2: Rendimientos de las instalaciones térmicas. Los edificios dispondrán de instalaciones térmicas para proporcionar bienestar térmico con adecuados rendimientos. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 5

6 1.2 REGLAMENTACIÓN DEL AMBIENTE TÉRMICO. REGLAMENTACIÓN ANTERIOR RITE: Referencia a la UNE-EN ISO INDICES UTILIZADOS: PMV: Voto Medio Previsto PPD: Porcentaje de Personas Insatisfechas. CONDICIONES INTERIORES: ZONA OCUPADA (Distancias en cm): Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 6

7 1.2 REGLAMENTACIÓN DEL AMBIENTE TÉRMICO. RITE (Aprobado 20 de julio publicado el 29 de agosto de 2007): IT Exigencia de calidad térmica del ambiente. Parámetros que definen el bienestar térmico: Temperatura seca del aire y operativa. Humedad relativa. Temperatura radiante media del recinto. Velocidad media del aire e intensidad de la turbulencia. Actividad metabólica 1,2 met. Vestimenta de 0,5 clo en verano y 1 clo en invierno y un PPD entre el 10 y el 20%,. PROCEDIMIENTO DE LA NORMA UNE-EN ISO Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 7

8 1.2 REGLAMENTACIÓN DEL AMBIENTE TÉRMICO. RITE: Continuación IT Exigencia de calidad térmica del ambiente. Para la velocidad del aire se considera: Depende del met, clo, T aire e Intensidad turbulenta. CALCULO T aire (20 27 C) : Difusión por mezcla Int. Turb. 40 % y PPD 15 %: V T aire 0,07 [ enm/ s ] 100 Difusión por desplazamiento a e Int. Turb. 15 % y PPD 10 %: V T aire 100 0,1 [ enm/ s] Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 8

9 1.2 REGLAMENTACIÓN DEL AMBIENTE TÉRMICO. RITE: Continuación IT Exigencia de calidad térmica del ambiente. Otros valores: PROCEDIMIENTO PRESCRIPTIVO / PRESTACIONAL UNE-EN ISO 7730 (Octubre de 2006) Ergonomía en ambiente térmico. Determinación analítica e interpretación del bienestar térmico mediante el cálculo lo de los índices PMV y PPD y los criterios de bienestar térmico local. UNE-EN EN (Septiembre de 2005) Ventilación de edificios no residenciales CR 1752 (Diciembre de 1998). Ventilación de edificios: Criterios de diseño para el ambiente interior. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 9

10 1.2 REGLAMENTACIÓN DEL AMBIENTE TÉRMICO. UNE-EN ISO 7730 (Octubre de 2006) Ergonomía en ambiente térmico: Determinación analítica e interpretación del bienestar térmico mediante el cálculo de los índices PMV y PPD y los criterios de bienestar térmico local. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 10

11 1.2 REGLAMENTACIÓN DEL AMBIENTE TÉRMICO. UNE-EN ISO 7730 (Octubre de 2006) Ergonomía en ambiente térmico: Determinación analítica e interpretación del bienestar térmico mediante el cálculo de los índices PMV y PPD y los criterios de bienestar térmico local. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 11

12 1.2 REGLAMENTACIÓN DEL AMBIENTE TÉRMICO. UNE-EN ISO 7730 (Octubre de 2006): Ergonomía en ambiente térmico Mayoría de los conceptos tratados en el tema. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 12

13 1.2 REGLAMENTACIÓN DEL AMBIENTE TÉRMICO. UNE-EN (Septiembre de 2005) Ventilación de edificios no residenciales: Requisitos de prestaciones de los sistemas de ventilación y acondicionamiento de recintos. APARTADO 6.3: AMBIENTE TÉRMICO Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 13

14 1.2 REGLAMENTACIÓN DEL AMBIENTE TÉRMICO. UNE-EN (Septiembre de 2005) Ventilación de edificios no residenciales Se define temperatura t del aire, temperatura t media radiante y temperatura operativa. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 14

15 1.2 REGLAMENTACIÓN DEL AMBIENTE TÉRMICO. UNE-EN (Septiembre de 2005) Ventilación de edificios no residenciales Establece disconfort por velocidad y corrientes de aire Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 15

16 1.2 REGLAMENTACIÓN DEL AMBIENTE TÉRMICO. CR 1752 (Diciembre de 1998). Ventilación de edificios: Criterios de diseño para el ambiente interior. CATEGORÍAS DE AMBIENTE TÉRMICO Incluye malestar térmico local. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 16

17 1.3 CONFORT TÉRMICO. Definición iió de bienestar térmico: Condición ió de la mente que expresa satisfacción ió con el ambiente térmico en el que se encuentra. (Subjetivo). PARÁMETROS CONTROLADOS Y NO CONTROLADOS: *Temperatura Qué temperatura: del aire, operativa, radiante, etc... *Humedad. Afecta mucho o poco? * Velocidad del aire. * Vestimenta. * Metabolismo. * Asimetrías, turbulencia del aire, estratificación,... EL CUERPO HUMANO: MÁQUINA TÉRMICA DE COMBUSTIÓN. Desarrolla trabajo. Disipa calor. Mantiene una temperatura corporal constante. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 17

18 1.3 CONFORT TÉRMICO. BALANCE DE ENERGÍA: ENERGÍA CONSUMIDA = TRABAJO + CALOR RENDIMIENTO DE LA MAQUINA: TRABAJO/ENERGÍA muy pequeño CASI TODO SE DISIPA COMO CALOR Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 18

19 1.3 CONFORT TÉRMICO. BALANCE ENERGÉTICO: Variación ió del contenido de energía interna del cuerpo E E t = M N +Q M N : Metabolismo trabajo piel +Q Q piel : Intercambio de calor por la piel resp Q resp : Intercambio de calor por respiración E t > 0: Sensación de calor = 0: Neutralidad térmica < 0: Sensación de frío Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 19

20 1.3 CONFORT TÉRMICO. EFECTOS DE LA VARIACIÓN DE ENERGÍA. AUMENTO DEL CONTENIDO ENERGÉTICO (Sensación de calor) Vasodilatación Más pulsaciones (Velocidad de la sangre) Sudoración. (Disipación latente) DISMINUCIÓN DEL CONTENIDO ENERGÉTICO (Sensación de frío) Vasoconstricción Menos pulsaciones (Velocidad de la sangre) Contracción de músculos y piel. Escalofríos Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 20

21 1.4 PARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN LA CALIDAD AMBIENTAL TÉRMICA Parámetros del ambiente: Temperatura seca del aire Instalación Humedad del aire (Presión de vapor) Velocidad del aire Cerramientos Temperatura radiante media Parámetros del cuerpo humano: Calor a disipar (Metabolismo trabajo) Temperatura y superficie de piel Humedad de la piel y % de superficie húmeda Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 21

22 1.4 PARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN LA CALIDAD AMBIENTAL TÉRMICA Parámetros de la vestimenta: Resistencia térmica (Temperatura superficial) Permeabilidad al vapor de agua Factor de aumento de la superficie del cuerpo. Emisividad de la ropa. Temperatura de la piel: Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 22

23 1.4 PARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN LA CALIDAD AMBIENTAL TÉRMICA EVOLUCIÓN DE PÉRDIDAS CON TEMPERATURA DEL AMBIENTE Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 23

24 1.5 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL AMBIENTE TÉRMICO METABOLISMO Y TRABAJO MECÁNICO: (Diferencia proporciona calor a disipar para neutralidad térmica) M W kcal 1met 582, m h m 60 5,87*(0,23RQ 0,77)(( VO ) 2 A RQ Relación volumen de CO 2 expirado y O 2 inspirado V O2 es el volumen de oxígeno en l minuto. Eficiencia mecánica. Valores metabólicos tabulados. Normalmente se considera W = 0 (conservador para carga térmica) Temperatura de la piel según metabolismo: piel il T m 35,7 1, 6MM Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 24

25 1.5 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL AMBIENTE TÉRMICO VESTIMENTA: Modifica el intercambio desde la superficie de la piel. 2 2 m K h m K 1clo 0,155 0, 18 W kcal Valores de CLO: Tabulado siguiendo dos criterios: Combinación de vestimentas asignar índice de clo global Asignar a cada prenda una resistencia en clo IMPORTANTE: Permeabilidad de los tejidos al vapor de agua Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 25

26 1.5 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL AMBIENTE TÉRMICO SUPERFICIE DE LA PIEL Ecuación de Du Bois A 0,425 0,725 0,202 m h En los balances energéticos, siempre se hace referencia a: por m 2 de piel del cuerpo humano. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 26

27 1.5 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL AMBIENTE TÉRMICO INTERCAMBIO CON EL ENTORNO: Intercambio radiante Temperatura radiante media: T r 4 n 1 f i T 4 i Influencia similar a la temperatura seca del aire. PARÁMETRO IMPORTANTE DE DISCONFORT: Asimetría radiante entre paredes: (Efecto Ventana) Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 27

28 1.5 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL AMBIENTE TÉRMICO CERRAMIENTOS SOBRE TEMPERATURA RADIANTE: Perfiles de temperatura de los cerramientos. SIN AISLAR AISLADO T 2 T 3 T 4 T 5 T 2 T 3 T 4 T T 1(Rd) T int T ent T ent T 1(Rd) Tint Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 28

29 1.5 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL AMBIENTE TÉRMICO INDICES AMBIENTALES: Temperatura Operativa: (Indicada en el RITE) Temperatura media considerando el intercambio radiante y convectivo T o hc Ta hr T h h c r r Si h c y h r son similares: T o es la media entre la del aire y los cerramientos. Temperatura Efectiva (o eficaz): Incluye la contribución de la humedad que afecta en el intercambio latente e o T T c P 0, 5P T a SatT e Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 29

30 1.5 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL AMBIENTE TÉRMICO GRAFICO DE CONFORT: ANSI-ASHRAE COORDENADAS INVIERNO : 18 ºC de T.B.H. 2ºCdeTR T.R. T EFECTIVA DE 20 a 23,5 ºC VERANO : 20 ºC de T.B.H. 2 ºC de T.R. T EFECTIVA DE 23 a 26 ºC Poca influencia de la humedad (Líneas verticales) Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 30

31 1.5 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL AMBIENTE TÉRMICO HUMEDAD DEL AIRE: Afecta sobre intercambio latente. No detectable diferencia i entre 30 y 70 % Límites admitidos 40 a 60 % PARÁMETROS DE SALUD Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 31

32 1.5 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL AMBIENTE TÉRMICO AMBIENTE INTERIOR Y CONSUMO ENERGÉTICO Ejemplo de parámetro biológico: LEGIONELLA Normativa: UNE (Septiembre 2005) RD Efectos derivados: La temperatura del ACS. Consumo de energía. Aspectos a tener en cuenta: Diseño. Materiales. Limpieza. Mantenimiento. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 32

33 1.5 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL AMBIENTE TÉRMICO VELOCIDAD DEL AIRE: Afecta sobre el coeficiente convectivo. Velocidades establecidas para zona ocupada: Verano Invierno Típicos de diseño: 0,18 m/s Típicos de diseño: 0,15 m/s PARÁMETRO DE DISCONFORT: Turbulencia del aire. (Equipos de anemometría muy precisos) AMBIENTES DE TRABAJO: (Real decreto 486/1997) No calurosos: 0,25 m/s Caluroso y Sedentario : 0,5 m/s CalurosoyNoSedentario:075m/s 0,75 Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 33

34 1.6 ESCALA DE SENSACIONES TÉRMICAS. Confort = f(met, CLO,V aire,t seca,% H,T radiante ) ECUACIONES EXPERIMENTALES: Estudio estadístico: Y = a* T s +b* P v - c Y: Escala de Sensaciones Térmicas (ASHRAE) de -3(muyfrío)a+3(muycaliente) a, b y c: Depende del sexo y tiempo de exposición al ambiente. Tb Tabulados ld (Documentación tabla) bl) Solo depende de temperatura y humedad del ambiente Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 34

35 1.6 ESCALA DE SENSACIONES TÉRMICAS. ECUACION DE FANGER: Balance energético. M-W = Q P + Q r Intercambios: Radiación Convección Respiración Difusión de agua a través de la piel Sudoración DESEQUILIBRIO TÉRMICO: Causa de sensaciones térmicas (calor o frío). DT = M-W = Q P + Q r VMP o PMV: Voto Medio Previsto. Relacionado con el desequilibrio térmico VMP DT 0,303 e, 0,036 M 0, Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 35

36 1.6 ESCALA DE SENSACIONES TÉRMICAS. Relación del Porcentaje de Personas Insatisfechas (PPI ó PPD) Con el VMP. PPI e ,2179 VMP 0, VMP 4 Tipo A -0,2<VMP<0,2 (PPI<6%) Tipo B -0,5<VMP<0,5 (PPI<10%) Tipo C -0,7<VMP<0,7 (PPI<15%) PPI (%) VMP Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 36

37 1.6 ESCALA DE SENSACIONES TÉRMICAS. Parámetros para poder utilizar el concepto del VMP: PARÁMETRO LÍMITES UNIDAD Actividad metabólica 0,8 a 4 met Grado de vestimenta 0a2 clo Temperatura seca del aire 10 a 30 ºC Temperatura radiante media de los cerramientos 10 a 40 ºC Velocidad del aire en la zona ocupada 0 a 1 m/s Humedad drelativa lti 30 a 70 % Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 37

38 1.6 ESCALA DE SENSACIONES TÉRMICAS. Siempre un 5 % de insatisfechos. Importante: realizar medidas en la zona ocupada. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 38

39 1.7 MALESTAR TÉRMICO LOCAL Medida de PPI MEDIR EN ZONA OCUPADA Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 39

40 1.7 MALESTAR TÉRMICO LOCAL Además al PPI de los ambientes térmicos. ASIMETRÍA RADIANTE (Ej. Efecto de ventana) CORRIENTES DE AIRE (Ej. Parálisis faciales) ESTRATIFICACIÓN TÉRMICA EN LOCALES (Ej. Sistemas de adecuada mezcla) SUELO FRÍO O CALIENTE (Ej. Pies fríos y cabeza caliente) Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 40

41 1.7 MALESTAR TÉRMICO LOCAL ASIMETRÍA RADIANTE: Efectos por asimetría radiante de los cerramientos. PPI Techo caliente Pared fría Techo frío Pared caliente PPI = 5 % 4,5 10,5 14,0 22,5 PPI = 10 % 6,5 12,5 17,5 35,0 Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 41

42 1.7 MALESTAR TÉRMICO LOCAL ASIMETRÍA RADIANTE: Efectos por asimetría radiante de los cerramientos. Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 42

43 1.7 MALESTAR TÉRMICO LOCAL CORRIENTES DE AIRE: Efectos a controlar: Velocidad media del aire. Intensidad turbulenta. Temperatura del aire Partes más sensibles a las corrientes: Nuca y Tobillos. Porcentaje de personas insatisfechas: PPI 0,62 (34 Ta) ( )( v 0,05) 05) (314 (3,14 0,37 Tu. v ) Tu S v v v 1 n n n 1 v i S v 1 ( n 1) 1 v i v 2 Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 43

44 1.7 MALESTAR TÉRMICO LOCAL Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 44

45 1.7 MALESTAR TÉRMICO LOCAL DIFERENCIA VERTICAL DE TEMPERATURAS: T T Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 45

46 1.7 MALESTAR TÉRMICO LOCAL DIFERENCIA VERTICAL DE TEMPERATURAS: Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 46

47 1.7 MALESTAR TÉRMICO LOCAL SUELO FRÍO O CALIENTE Temperaturas recomendadas para pies desnudos Acabado textil madera hormigón Temperatura (ºC) a Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 47

48 1.7 MALESTAR TÉRMICO LOCAL SUELO FRÍO O CALIENTE Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 48

49 1.7 MALESTAR TÉRMICO LOCAL Pretenden tener en cuenta el ambiente exterior: En invierno se soporta mejor el frío moderado. En verano se soporta mejor el calor moderado. Se buscan temperaturas de neutralidad térmica para el ambiente. Se establecen límites para la temperatura: Ej. Modelos de Nicols Tn 20 0,18( Tmmo 22 e min ) Tmmo Tnmax 24 0,2( Tmmo 22) e Tmmo Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 49

50 1.8 PROCEDIMIENTOS ADAPTATIVOS. MÉTODOS PARA EDIFICIOS NO ACONDICIONADOS: UNE-EN Instalaciones Termohidráulicas y Eléctricas Curso 4º Lección Confort Térmico 50