Acondicionamiento Termico 334l4w
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ACONDICIONAMIENTO AMBIENTAL NATURAL UNIDAD
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ACONDICIONAMIENTO TERMICO BIENESTAR TERMICO HUMANO Podemos definir el confort como un estado de completo bienestar físico, mental y social. Pretendemos que las personas se encuentren bien, no que estén menos mal. El confort, depende de multitud de factores personales y parámetros físicos. De entre todos los factores, el confort térmico representa el sentirse bien desde el punto de vista del ambiente higrotérmico exterior a la persona. Los límites extremos, desde el punto de vista térmico, pueden resultar dañinos, e incluso mortales, para el ser humano. El calor y el frío no son factores que hay que despreciar, puesto que se tratan de agentes susceptibles de generar riesgos y, por ello, lesiones laborales, además de estrés, disconfort e insatisfacción en el trabajo. La relación entre hombre-trabajador y el ambiente térmico es sintomática; el calor es recibido por el cuerpo humano que, a su vez, lo cede cuando la temperatura del aire y del cuerpo es distinta. La temperatura normal del cuerpo es de 37º C. No obstante, a efectos de la agresividad que pueda provocar un ambiente térmico, han de tenerse en cuenta las siguientes variables: De qué parámetros o variables depende el confort? TEMPERATURA DEL AIRE HUMEDAD RELATIVA PARAMETROS AMBIENTALES VELOCIDAD DEL AIRE TEMPERATURA RADIANTE SEXO EDAD PESO (CONST. CORPORAL) VESTIMENTA FACTORES PERSONALES ESTADO DE SALUD S HISTORIAL TERMICO INMEDIATO MEDIATO TIEMPO DE PERMANENCIA SOCIOCULTURALES EXPECTATIVAS DEL CONFORT ADAPTABILIDAD DEL ESPACIO FACTORES ARQUITECTONICOS CONTECTO VISUAL CON EL EXTERIOR
Para comprender que condiciona el bienestar y su relación con la arquitectura debe tomarse en cuenta que el cuerpo humano produce calor y lo intercambia con el ambiente que lo rodea, esto incluye el medio natural y el medio construido. Para tal efecto existen procesos exógenos y endógenos que propician dicho intercambio de calor. Los mecanismos exógenos son la convección, la conducción y la radiación; y los de carácter endógenos son la evaporación (en sus dos formas; la respiración y la sudoración) y el metabolismo. 1
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Convección: es la transferencia de calor que se realiza al estar un fluido – liquido o gaseoso – en o con la piel. La pérdida o ganancia del calor depende de la temperatura del cuerpo y de la temperatura y movimiento del fluido en o. Al acelerarse el movimiento del fluido, aumenta la convección. Conducción: es la transferencia de calor de los objetos que están en o con la piel y dependen de la temperatura y conductividad térmica del material en o. Cuantitativamente la ganancia o pérdida de calor está condicionada por el tamaño del área de o entre los cuerpos. Radiación: es la transferencia de calor entre el cuerpo y la superficie que lo rodean a través del ambiente. El flujo depende de la temperatura y cercanías que tengas las superficies a su alrededor. La piel siempre irradia calor en la longitud de onda correspondiente a los infrarrojos. Nuestro entorno emite a su vez radiaciones, ya sea en onda corta (radiación solar directa) o en ondas largar (radiación terrestre) produciéndose así un intercambio energético por radiación entre la piel y el entorno, incluso lejano. Evaporación: es la transferencia de calor del cuerpo humano hacia el aire ambiental; depende de la cantidad de agua que se expulsa por la respiración y la transpiración, que continua aún, cuando la temperatura del aire y la temperatura media radiante son superiores a la temperatura media del cuerpo. Metabolismo: la fuerza que le permite realizar sus actividades el cuerpo humano la obtiene al convertir la masa alimenticia en energía. A este proceso se le llama metabolismo. El calor metabólico que produce un individuo depende de la actividad que lleva a cabo y es un factor clave en el estudio del bienestar térmico.
ECUACIÓN DEL BALANCE TÉRMICO HUMANO: De lo anterior se concluye que el Balance térmico entre el cuerpo humano y su entorno puede expresarse en la siguiente forma: M±Cd±Cv±R-E=0 donde: M: es el calor que por unidad de tiempo produce el metabolismo humano Cd: calor que gana o pierde por conducción Cv: calor que gana o pierde por convección R: calor que gana o pierde por radiación E: calor que siempre se pierde por evaporación 2
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EFECTO AISLANTE DE LA ROPA: Es importante resaltar al papel fundamental que desempeña el efecto aislante de la ropa en el control de la temperatura y la humedad de la piel, las cuales dependen de las propiedades físicas de la tela o del material con que se elaboren las prendas y de que tan ajustadas estén al cuerpo, pues formas una barrera para el intercambio energético entre el cuerpo y el ambiente. Cabe señalar que el tipo de ropa cambia de acuerdo con su uso, el cual depende de la actividad, la edad, el sexo, la hora del día, el clima y la hora predominante. La unidad de resistencia térmica denominada para la vestimenta es denominada CLO, que se deriva de la palabra inglesa Clothing que significa ropa en español. En la evaluación del ambiente térmico conviene tener en cuenta los siguientes aspectos: la medida de sus variables, el índice de WBGT y la posición del cuerpo y el tipo de trabajo. Los instrumentos de medida empleados son los siguientes: • Un termómetro de bulbo seco. • Un termómetro normal de bulbo húmedo. • Un termómetro de globo. CONDICIONES AMBIENTALES EN LOS LUGARES DE TRABAJO. 1. La exposición a las condiciones ambientales de los lugares de trabajo no debe suponer un riesgo para la seguridad y la salud de los trabajadores. 2. Asimismo, y en medida de lo posible, las condiciones ambientales de los lugares de trabajo no deben constituir una fuente de incomodidad o molestia para los trabajadores. A tal efecto, deberán evitarse las temperaturas y las humedades extremas, los cambios bruscos de temperatura, las corrientes de aire molestas, los olores desagradables, la irradiación excesiva y, en particular, la radiación solar a través de ventanas, luces o tabiques acristalados. 3. En los locales de trabajo cerrados deberán cumplirse, en particular, las siguientes condiciones: a) La temperatura de los locales donde se realicen trabajos sedentarios propios de oficinas o similares estará comprendida entre 17 y 27º C. Las temperaturas de los locales donde se realicen trabajos ligeros estará comprendida entre 14 y 25º C. b) La humedad relativa estará comprendida entre el 30 y el 70 por 100, excepto en los locales donde existan riesgos por electricidad estática en los que el límite inferior será el 50 por 100. c) Los trabajadores no deberán estar expuestos de forma frecuente o continuada a corrientes de aire cuya velocidad exceda los siguientes límites: 1. Trabajos en ambientes no calurosos: 0,25 m/s 2. Trabajos sedentarios en ambientes calurosos: 0,5 m/s. 3. Trabajos no sedentarios en ambientes calurosos: 0,75 m/s. Estos límites no se aplicarán a las corrientes de aire expresamente utilizadas para evitar el estrés en exposiciones intensas al calor, ni a las corrientes de aire acondicionado, para las que el límite será de 0,25 m/s en el caso de trabajos sedentarios y 0,35 m/s en los demás casos. d) Sin perjuicio de lo dispuesto en relación a la ventilación de determinados locales en el RD 1618/1980, de 4 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de calefacción, climatización y agua caliente sanitaria, la renovación mínima del aire de los locales de trabajo, será de 30 metros cúbicos de aire limpio por hora y trabajador, en el caso de trabajos sedentarios en ambientes no calurosos ni contaminados por humo de tabaco y de 3
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50 metros cúbicos, en los casos restantes, a fin de evitar el ambiente viciado y los olores desagradables. El sistema de ventilación empleado y, en particular, la distribución de las entradas de aire limpio y salidas de aire viciado, deberán asegurar una efectiva renovación del aire del local de trabajo. 4. A efectos de la aplicación de lo establecido en el apartado anterior deberán tenerse en cuenta las limitaciones o condicionantes que puedan imponer, en cada caso, las características particulares del propio lugar de trabajo, de los procesos u operaciones que se desarrollen en él y del clima de la zona en la que esté ubicado. En cualquier caso, el aislamiento térmico de los locales cerrados debe adecuarse a las condiciones climáticas propias del lugar. 5. En los lugares de trabajo al aire libre y en los locales de trabajo que, por la actividad desarrollada, no puedan quedar cerrados, deberán tomarse medias para que los trabajadores puedan protegerse, en la media de lo posible, de las inclemencias del tiempo. 6. Las condiciones ambientales de los locales de descanso, de los locales para el personal de guardia, de los servicios higiénicos, de los comedores y de los locales de primeros auxilios deberán responder al uso específico de estos locales y ajustarse, en todo caso.
FACTORES GLOBALES QUE INFLUYEN EN EL BIENESTAR TÉRMICO Condiciones atmosféricas que afectan al confort humano Temperatura El adecuado control de la temperatura del medio ambiente que circunda el cuerpo humano elimina el esfuerzo fisiológico de acomodación, obteniéndose con ellos un mayor confort y la consiguiente mejora del bienestar físico y de las condiciones de salubridad. Humedad Una gran parte del calor que posee el cuerpo humano se disipa por evaporación a través de la piel. Como quiera que la evaporación se favorece con la humedad relativa del aire baja y se retarda si ésta es alta, se deduce que la regulación de la humedad tenga una importancia tan vital como la de la temperatura. Un exceso de humedad no sólo da como resultado reacciones fisiológicas perjudiciales, sino que también afecta (por lo común en forma perjudicial) a las cualidades de muchas de las sustancias contenidas en el lugar de que se trate, y muy particularmente sobre los vestidos y muebles. Confort térmico y humedad del aire ambiente Las transferencias sensibles, (radiación, convección, y casualmente conducción) son menores según se eleva la temperatura (figura 1). Entonces, la disipación del calor metabólico, sólo se efectúa por medio de transferencias latentes, más difíciles de controlar cuanta más alta sea la humedad ambiente. Por encima de un cierto nivel de humedad, se produce un fenómeno de incomodidad fisiológica, que puede llegar a manifestarse en forma de sudor. Por lo tanto, en condiciones de verano, el ambiente será más confortable, cuanto más seco sea el aire.
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Movimiento del Aire El movimiento del aire sobre el cuerpo humano incrementa la proporción de humedad y calor disipados con respecto a la que correspondería a un aire en reposo, dando ello lugar a que la sensación de calor y frío experimente variación. El aire que nos rodea está en constante movimiento, considerando como valor adecuado los 0,25 m/s a una altura del suelo inferior a 2 m. Una velocidad mayor produce un efecto desagradable, que se hace difícil de soportar, tanto más cuanto menor sea la temperatura del aire. Una velocidad inferior a 0,1 m/s produce así mismo una sensación de falta de aire, que ocasiona también molestias. Pureza del Aire Las personas respiramos normalmente, alrededor de 15 Kg de aire cada día, por lo que debemos de considerar la importancia que tiene su adecuada limpieza y renovación. La composición física y química del aire comprende un determinado número de elementos diversos. La disminución de la proporción de oxígeno contenido, así como el aumento del anhídrido carbónico, debido a la combustión fisiológica son factores raramente importantes a causa de la pequeña ventilación que se requiere para anular sus efectos. La dilución de los olores humanos exige una gran ventilación y otros medios de eliminación de olores. La eliminación de las partículas sólidas, en suspensión en el aire introducido en el recinto, es muy importante no sólo por lo que concierne a la salud, sino también por lo que tienen de molestas, así como por el detrimento que frecuentemente representa la suciedad depositada en los mobiliarios y demás objetos. El humo, ya sea producido en el interior de la habitación, ya en exterior de la misma, debe ser evacuado a causa de lo pernicioso que resulta para la vista y el aparato respiratorio.
FACTORES CLIMÁTICOS El clima Cálido-Húmedo en el planeta El clima cálido-húmedo es propio de las regiones tropicales, entre lo 0º latitud (Ecuador) y los 23º latitud Norte y Sur, es decir, entre los trópicos de Cáncer y Capricornio, respectivamente. Dicho clima es consecuencia de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), un cinturón de baja presión que ciñe el globo terrestre el la región ecuatorial. Está formado, como su nombre indica, por la convergencia de aire cálido y húmedo de latitudes por encima y por debajo del ecuador. En estas áreas la lluvia simplemente se intensifica con el aumento de la insolación solar y disminuye a medida que el sol ilumina otras latitudes. Las variaciones de posición de la ZCIT afecta las precipitaciones en los países ecuatoriales produciendo estaciones secas y húmedas en lugar de frías y cálidas como en las latitudes superiores. Además, modifica la dirección del viento, de norte a sur y viceversa.
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Estas condiciones climáticas se encuentran en los siguientes países: México Colombia Costa Dorada Mozambique Malasia Islas del Caribe Venezuela Nigeria Tailandia
Madagascar Indonesia Guatemala Guianas África Ecuatorial India Indo-China Honduras
Brasil Congo Pakistán Filipinas Nicaragua África Occidental Kenya Ceylon
Australia Costa Rica Sierra Leona Tanganyika Burma Panamá Liberia Uganda
Las características del clima Cálido-Húmedo En el clima de las zonas intertropical las temperaturas medias son altas, con variaciones poco acusadas entre día-noche y estacionales. La humedad es muy alta, frecuente nebulosidad y fuertes precipitaciones irregulares. Es decir, las temperaturas medias mensuales son elevadas y bastante uniformes a lo largo del año, siendo la media anual superior a los 20º C. El régimen térmico varía entre 3 y 10º C, mayor en el interior y menor en las áreas costeras. Las precipitaciones oscilan entre los 400 y los 1.000 mm anuales, aunque la variedad de clima monzónico alcanza valores muy superiores. Alternan las estaciones secas cuya duración varía según la proximidad al Ecuador terrestre, y una estación húmeda con un gran número de precipitaciones. Los factores del clima son las condiciones físicas, no variables, de un sitio y que afectan de modo general al clima. Estos factores han sido clasificados de diferentes maneras y son conocidos como factores astronómicos, geográficos, biológicos y/o tecnológicos. Es especialmente importante que, previamente al proceso de diseño, así como previo al planteamiento de propuestas de reacondicionamiento de edificaciones, se realice un estudio de estos factores, pues estos pueden llegar a determinar en gran medida el buen comportamiento de la edificación desde el punto de vista medioambiental y de confort. Para el desarrollo de este trabajo de investigación, se tomarán en cuenta algunos de estos factores de acuerdo al grado de intervención en el comportamiento de las viviendas. Es necesario mencionar que la mayor parte de estos factores son construidas con tapia pisada, con patio difícilmente modificables, pero que inciden directamente en las interior y cerradas al exterior para protegerse del frío típico del clima de montaña. Fuente: características climáticas del entorno donde se ubica cada una de las viviendas a analizar (Anexos). Asimismo, hay que señalar que aunque se es consiente de su importancia en la determinación del clima de una región, el grado de influencia de estos tanto sobre el ventilación. Situación geográfica o Latitud. Es la distancia angular desde cualquier punto sobre la superficie terrestre hasta el Ecuador. Su análisis es importante porque determina los procesos térmicos como la incidencia solar y el movimiento de rotación de la tierra, que generan la aparición de sistemas de vientos variables y zonas de calma. De modo específico, debemos decir que en esta investigación la situación geográfica es tomada en consideración porque es de gran ayuda en la observación de la incidencia de los rayos solares sobre el lugar donde se ubican las viviendas y, además, porque afecta la 6
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temperatura, el asoleamiento de muros, ventanas y cubiertas, así como la posible ubicación e inclinación de colectores solares, fotoceldas u otros elementos arquitectónicos a prever en las propuestas de reacondicionamiento. Altura sobre el nivel del mar. En términos generales, sabemos que influye directamente en el clima de un lugar, de modo que los valores de la temperatura se reducen en la medida que se aumenta la altitud. No obstante, hay que recordar que éste actúa en conjunto con los otros factores climáticos. En el presente trabajo no resulta determinante puesto que la variable ha sido controlada al analizar tres casos ubicados a escasos metros sobre el nivel del mar. El factor de continentalidad. Se refiere a la situación de un lugar en función de la presencia o ausencia de masas de agua, la cual condiciona las variaciones de temperatura y humedad de la edificación. De hecho, las masas de agua actúan como reguladores térmicos, enfriando el ambiente en la noche y templándolo en el día. Además, influye en el movimiento de las masas de aire que generan brisas o vientos. En este estudio, este factor constituye una variable importante, puesto que la región donde se ubican las viviendas seleccionadas se encuentra muy próxima a una gran masa de agua, hecho que evidentemente repercute en las respuestas de las edificaciones. El factor orográfico. Puede resultar un factor de gran relevancia por su incidencia en el clima de una región, bien por la presencia de montañas que generan obstrucción o por permitir la incidencia directa de los rayos solares y del viento. Asimismo, modifica las características microclimáticas de un sitio con respecto a las climáticas de la región donde se encuentra, si las diferencias orográficas son representativas. La topografía, el relieve, la exposición a la radiación • solar y la naturaleza de la superficie terrestre. Estos factores están íntimamente relacionados con la edificación, constituyendo un elemento clave en el diseño y en su reacondicionamiento debido a su influencia sobre las condiciones climáticas, ya que la forma del relieve determinará la incidencia de los vientos, la radiación solar recibida y el % de reflexión de sus superficies, en función de los materiales que componen el suelo, así como el tipo de vegetación y la humedad del lugar. Como se puede apreciar, estos factores, debido a la posibilidad de variación en una misma zona geográfica, son capaces de modificar las condiciones microclimáticas generando una variedad de subtipos climáticos dentro de una zona geográfica. Vegetación y fauna. La vegetación y la fauna de un lugar son concebidas como factores biológicos del clima, ya que de acuerdo al tipo de plantas y de animales presentes en una región podemos determinar el tipo climático. En el caso de la vegetación, por influir ésta directamente en la temperatura y humedad, así como en la radiación solar que es recibida por la superficie terrestre y en el % de energía reflejada, además de ser considerada como una variable del lugar, puede ser utilizada como un medio para modificar las condiciones del lugar mejorando o empeorando las condiciones de las 7
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edificaciones. La localización
La situación de un lugar, en las costas o en el interior de los continentes, será un factor a tener en cuenta a la hora de establecer el clima de esa zona, sabiendo que las aguas se calientan y enfrían más lentamente que la tierra, los mares y océanos suavizan las temperaturas extremas tanto en invierno como en verano, el mar es un regulador térmico. El relieve son las formas distintas que presenta la corteza terrestre. El macrorrelieve de la tierra se ha formado principalmente por el desplazamiento de las placas de la tierra que hacen que se formen alteraciones de la superficie terrestre. Otro factor que ayuda a la formación de distintos relieves son los vientos que al producir la erosión se tiende a nivelar el relieve, pues desgasta las partes más altas de las cordilleras y tiende a rellenar con los aluviones. El relieve afecta el clima ya que en los sectores más altos hay mayores diferencias de temperaturas que en los sectores más bajos. Por otro lado los sectores más bajos en general presentan mayores humedades relativas promedio. La distancia con respecto al mar determina a nivel climático la influencia marítima que lleva a decir que en los lugares más cercanos al mar existe menor oscilación térmica y mayor humedad relativa comparada con los lugares más hacia el interior del continente. Las corrientes marinas se forman por el empuje del viento sobre el mar. Al girar la tierra, las corrientes se retuercen y fluyen alrededor de los océanos en enormes círculos llamados giros. Las corrientes cálidas se alejan del ecuador, y las frías fluyen de regreso hacia él. Los vientos que soplan sobre estas corrientes aportan temperaturas cálidas o frías a las costas cercanas, por lo que afectan el clima. La corriente del golfo, en el Atlántico, mantiene cálida la parte noroccidental de Europa en invierno. Esos elementos y factores habrá que combinarlos adecuadamente en el establecimiento de los climas de los distintos lugares de la Tierra, e incluso habrá que matizarlos con factores particulares si hablamos de microclimas. Los climas de la Tierra se reflejan en la distinta vegetación, fauna, asentamientos humanos y actividades económicas de estos según las zonas y la tipología. Urbanización o modificaciones del entorno. Este es un factor de gran importancia para el análisis previo al proyecto. Generalmente, es analizado como un factor de tipo tecnológico, ya que las modificaciones del entorno se deben principalmente a la presencia de edificios, pavimentos, vehículos, industrias, falta de árboles u otros elementos propios de la urbanización, los cuales modifican el clima disminuyendo o aumentando la temperatura, la humedad, incrementando los niveles de ruido y de contaminación del agua, aire o del suelo e, incluso, permitiendo o no el paso directo de los rayos solares. De acuerdo con esto, se observarán ciertas diferencias en los valores de algunos elementos climáticos Foto 5. Barcelona, vista desde el edificio del Ayuntamiento dependiendo si se está en un entorno modificado por hacia Montjuïc. El continuo crecimiento urbano y la presencia el hombre o no. Esta es probablemente una de las cada vez mayor de vehículos y sistemas artificiales de acondicionamiento inciden sobre las variables climáticas de las variables más determinantes de las condiciones ciudad. 8
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ELEMENTOS QUE COMPONEN EL CLIMA El clima es el valor medio del tiempo atmosférico. Los climatólogos calculan este promedio durante un período de treinta años con el fin de conseguir cifras representativas en las que poder basar sus clasificaciones. Para clarificar los conceptos: Clima: Corresponde al promedio del tiempo atmosférico, observado en forma científica durante un largo período de tiempo. Tiempo: Es la condición de la atmósfera, en un lugar determinado y en un instante preciso. En cualquier parte de nuestro planeta se puede observar que no hace el mismo tiempo climático todos los días. Sin embargo, durante el año predomina un tipo de tiempo, que es lo que se llama clima.
Elementos del clima El clima es el resultado de numerosos factores que actúan conjuntamente. Los accidentes geográficos, como montañas y mares, influyen decisivamente en sus características. 1.- Temperatura. Es el grado de calor que posee el aire en un momento y lugar determinados; se consigue en la Atmosfera y en cualquier otro cuerpo de la Tierra. La temperatura se mide en grados centígrados (ºC) o Fahrenheit (ºF) con el termómetro (aparato que contiene mercurio o alcohol y una escala graduada en ºC o ºF) y el termógrafo (aparato que registra la temperatura gráficamente). Factores que influyen en la temperatura: El aire esta influido por las radiaciones solares. Próximo a la superficie, el aire se calienta, mientras que, a medida que se asciende se hace mas frío. Es decir, que la altitud influye en la temperatura.
Otro factor que influye en la variación de la temperatura es la latitud, ya que, de acuerdo con el movimiento de traslación terrestre, los rayos inciden desde diferentes direcciones.
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2.- Presión atmosférica El aire, aunque parece liviano, tiene peso. Se llama presión atmosférica al peso que ejerce el aire sobre un determinado punto de la superficie terrestre. La presión no es uniforme en toda la corteza, por ejemplo disminuye en las zonas elevadas. Por lo tanto, es mas baja en las montañas que en las costas. ¿Cómo se mide la presión atmosférica? Se estableció una presión media, tomada sobre el nivel del mar. Este valor alcanza los 760 mm y equivale a 1.033 gr. Por cm2. Puede ser medida por medio del barómetro (instrumento hecho de mercurio o metal que se basa en el principio de que el aire pesa y, así, ejerce presión sobre el mercurio o el metal – la presión marcada se lee en milímetros).
Factores que influyen en la presión atmosférica. Con la temperatura: es inversamente proporcional (a mayor temperatura, menor presión) porque el aire se expande con el calor. Con la altura: es inversamente proporcional (a mayor altura, menor) porque, a medida que se asciende, las capas atmosféricas son mas delgadas y, por lo tanto, ejercen menos presión. Con la humedad: es inversamente proporcional (a mayor humedad hay menor presión, y viceversa) 3.- Humedad atmosférica Es la cantidad de vapor de agua contenida en el aire en un lugar y momento determinado. La humedad atmosférica se origina a causa de la evaporación que el calor producido por la radiación solar provoca en las masas liquidas de la superficie terrestre (océanos, mares, lagos, ríos,…).Puede ser absoluta (cantidad de vapor de agua que existe en la atmosfera en un momentos y lugar dado) o relativa (relación existente entre la cantidad de vapor de agua que contiene el aire en un momento, lugar y condiciones dadas y el que puede contener en iguales condiciones. La humedad de la atmósfera varia según distintos factores, como la ubicación de la zona geográfica y su disponibilidad de aguas continentales, su cercanía al mar, las características del suelo (si son permeables o no), la temperatura, los vientos. Para su medición se emplea el higrómetro (del griego higro , “humedad”, y metron , “medida”) y el psicrómetro (instrumento que sirve para medir la evaporación). 4.- Viento Es el movimiento horizontal del aire atmosférico. Al aire que se mueve verticalmente se le llama corriente aérea. Los vientos tienen gran importancia geográfica porque transportan: masas de aire frío desde las zonas frías a las cálidas y viceversa, originando variaciones en la temperatura; y humedad desde los océanos y mares a los continentes, provocando zonas de abundante lluviosidad 10
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¿Cómo son los vientos? Algunos se caracterizan por la dirección que toman. Ésta se halla determinada por los cambios de presión. El viento se desplaza desde las zonas de alta presión hacia las de baja presión; y, además, en su trayectoria, se desvía por acción de la rotación terrestre. La dirección de los vientos se aprecia mediante la veleta y el anemoscopio y su velocidad por medio del anemómetro. 5.- Precipitaciones atmosféricas Son el último paso del ciclo hidrológico. Consiste en la caída del agua líquida o sólida. Se produce cuando el vapor de agua se condensa en la Atmósfera originando las nubes. Cuando la condensación se produce a una temperatura superior a 0ºC la precipitación es líquida (lluvia); y cuando ocurre a una temperatura inferior a 0ºC la precipitación es sólida (nieve o granizo).
Las precipitaciones pueden medirse con el Pluviómetro.
Las lluvias se clasifican en: - Lluvia frontal o ciclónica: es causada por una masa de aire caliente que pasa por encima de una “montaña” de aire frío, o que es levantada por una “cuña” de aire frío. - Lluvia orográfica, o de relieve: es causada al ser forzada la masa de aire a ascender a niveles más fríos cuando tropieza con tierras altas situadas en su trayecto. - Lluvia por convección: puede producirse cuando el aire calentado (y por tanto más liviano que el aire que lo rodea) se eleva por sí solo, se expande y se enfría.
TEMPERATURA EFICAZ La temperatura de los locales donde se realicen trabajos sedentarios propios de oficinas o similares estará comprendida entre 17 y 27º C. Las temperaturas de los locales donde se realicen trabajos ligeros estarán comprendidas entre 14 y 25º C. La humedad relativa estará comprendida entre el 30 y el 70 por 100, excepto en los locales donde existan riesgos por electricidad estática en los que el límite inferior será el 50 por 100. Efectos de las temperaturas extremas sobre el organismo. Cuando la temperatura es baja, el calor cedido al medio ambiente es superior al calor recibido o producido por el metabolismo; entonces, el organismo se enfría, desencadenando mecanismos de defensa frente a la hipotermia. Esta, a su vez, provoca: 11
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• Malestar general. • Disminución de la sensibilidad. • Confusión, torpeza y pérdida de coordinación. • Congelación de del cuerpo (orejas, pies, manos). • Disminución de la destreza manual. • Pérdida de la concentración. • Coma: la muerte se produce cuando la temperatura interior es inferior a 28º C. Cuando la temperatura es lata el calor cedido por el organismo al medio ambiente es inferior al calor recibido o producido por el metabolismo; entonces, el organismo aumenta su temperatura desencadenando mecanismos de defensa frente a la hipertermia a través, fundamentalmente, de la vaso dilatación sanguínea, activación de las glándulas sudoríferas o aumento de la circulación periférica. Las consecuencias de la hipertermia adoptan distintas manifestaciones: • Trastornos psiconeuróticos. • Trastornos de la piel: erupciones cutáneas y quemaduras. • Trastornos sistemáticos: calambre por calor, agotamiento por calor. • Pérdida de fuerza. • Deficiencia respiratoria. • Deshidratación. • Desalinización. • Golpe de calor. Una cita no debe faltar sobre ciertos factores que reducen los efectos de los mecanismos de defensa frente al calor y el frío, como las infecciones en general, el alcohol, la fiebre, la edad y el peso.
BALANCE TERMICO HUMANO Y CONFORT El balance térmico tiene que mantenerse para la supervivencia en límites estrechos y el confort se encuentra en un rango mucho mas estrecho. El equilibrio se logra en presencia de elementos y factores diversos como la temperatura del aire, la temperatura de las superficies circundantes, la producción de calor, el efecto de aislamiento de la ropa, etc. Cuando el cuerpo está en equilibrio térmico, la persona no reconoce las condiciones del medio, no siente ni frío ni calor, lo cual le permite realizar cualquier actividad sin molestia alguna. La Arquitectura tiene que crear ambientes favorables para la recuperación de la fatiga diaria. La respuesta térmica del organismo humano al medio térmico no depende sólo de la temperatura del aire. La temperatura del aire, la radiación, la humedad y el movimiento del aire producen efectos térmicos y deben considerarse simultáneamente para predecir las reacciones del organismo. Antes de valorar los efectos de los factores climáticos hay que hacer un breve examen de los procesos térmicos del cuerpo humano. Para una persona que está realizando un trabajo sedentario, si la temperatura de las superficies que rodean al cuerpo y la temperatura del aire son iguales y tiene un valor de 18°C, la humedad relativa está entre 40 y 60% y la velocidad del aire es menor de 0,25 m/s, el cuerpo puede liberar el calor sin dificultad Para ese mismo tipo de trabajo, si la temperatura del aire se eleva a 30°C y las temperaturas superficiales que le rodean son aún más altas y también la humedad relativa del 12
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aire se eleva a 90%, ocurre que el aire toma humedad de la piel pero la capa próxima a la piel se satura, el aire en movimiento desplaza esta capa de aire saturado y continúa la evaporación. Si la temperatura del aire se eleva a 37°C y la humedad relativa a 100%, el movimiento del aire causará molestias. Esta situación ocurre poco, generalmente los índices altos de humedad están acompañados de temperaturas del aire menores que la temperatura de la piel y viceversa, temperaturas elevadas están generalmente acompañadas de humedad relativa baja. Si las temperaturas del aire y de las superficies que rodean al cuerpo son mayores que la temperatura de la piel y la velocidad del aire es menor de 0,25 m/s y con una humedad relativa de 100 %, se produce sudoración profusa pero sin evaporación y hay ganancia de calor por convección y radiación. Por confort térmico se entiende una situación en la que el sujeto no experimenta ninguna sensación térmica, en otras palabras, no experimenta sensación de calor ni de frío. Se trata, por tanto, de evaluar sensaciones, con la carga subjetiva que ello comporta, y, por tanto, no es de extrañar que entre las herramientas de estudio y análisis se incluyan las encuestas. También estos componentes subjetivos implican que los resultados siempre tendrán la forma de definición de situaciones en las que un porcentaje más o menos elevado de individuos consideran que es confortable, con la consecuencia, asumida desde el principio, de que es imposible alcanzar la unanimidad entre todo un colectivo respecto a la confortabilidad de una situación. La zona de confort Los límites de temperatura que puede resistir el ser humano se encuentra en los 50°C (insolación) y 0°C la congelación. El punto de confort se establece en la media de la temperatura corporal y los extremos de la resistencia humana, es decir si la temperatura corporal es de 36 a 36.5°C y el punto de congelamiento es de 0°C y el de insolación de 50° C se estima que la temperatura de confort se encuentra entre los 21° y 27° C con humedad relativa entre 40 y 60% de humedad y velocidad del viento de 15m/min. También es necesario considerar que no todos los humanos tienen la misma capacidad de adaptación, por ejemplo en Nicaragua las personas que viven en las costas tienen mucho más tolerancia a la humedad o al calor, mientras tanto las personas de climas fríos y zonas altas se han adaptado mejor al frío. Sin embargo aunque exista cierta capacidad de adaptación el ser humano desde sus orígenes ha buscado tener un umbral de comodidad y sobre todo de seguridad, así pues aunque en la costa la gente pueda soportar las altas temperaturas es necesario acondicionar los espacios para garantizar una mayor calidad de vida. Los elementos principales que afectan al confort humano son: • Temperatura del aire • Radiación solar • Movimiento del aire • Humedad
Condiciones para alcanzar confort térmico El cuerpo humano se puede considerar como una máquina térmica que intercambia energía con su entorno, en forma de calor y humedad. Se alcanza el confort térmico, sólo si hay equilibrio entre el calor producido por el metabolismo y las diferentes formas de disipación. Estas son:
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Transferencias conductivas, por o entre el cuerpo y otros sólidos: por ejemplo, los pies con el suelo, o la mano con una mesa. Esas transferencias son de poca importancia, en general.
Transferencias convectivas: piel, ropa, o circulación de aire en los pulmones.
Transferencias por radiación desde la piel o la ropa, hacia el entorno.
Transferencias latentes debido a los procesos de respiración, o evaporación-transpiración.
Criterios de confort Se considera que existe confort térmico, cuando se dan simultáneamente las dos siguientes condiciones: Equilibrio térmico global La producción de calor del cuerpo humano es igual a la emisión de calor hacia el entorno. Con potencias frigoríficas normales y una regulación de temperatura adecuada, la obtención del equilibrio térmico global no presenta dificultad. Este mismo criterio, en la práctica, se usa tanto para la previsión del consumo de energía, como para la verificación formal de las condiciones de confort. Confort térmico local El individuo no siente en ninguna parte de su cuerpo, ni calor ni frío desagradable. Las causas de incomodidad (corrientes de aire, efectos de pared, etc.) son múltiples, constituyen el segundo criterio, el cual en la práctica, necesita estudios más profundos. CONDICIONES AMBIENTALES QUE INFLUYEN EN EL CONFORT Temperatura La temperatura seca del aire es la temperatura a la que se encuentra el aire que rodea al individuo. La diferencia entre esta temperatura y la de la piel de las personas determina el intercambio de calor entre el individuo y el aire, a este intercambio se le denomina «intercambio de calor por convección». También existe el intercambio de calor por radiación entre unas y otras superficies del ambiente (piel, máquinas, cristales, paredes, techos, etc.), que hace que, por ejemplo, pueda ser agradable estar en una casa en la que la temperatura es de 15º C, pero sus paredes están a 22º C. Si la temperatura de la piel es mayor que la temperatura radiante media, el cuerpo cede calor por radiación al ambiente; si es al revés, el organismo recibe calor del medio. Humedad La humedad es el contenido de vapor de agua que tiene el aire. El mecanismo por el cual se elimina calor del organismo es a través de la transpiración. Cuanta más humedad haya, menor será la transpiración; por eso es más agradable un calor seco que un calor húmedo. Un valor importante relacionado con la humedad es el de la humedad relativa, que es el porcentaje de humedad que tiene el aire respecto al máximo que itiría. MEDIDAS PREVENTIVAS Mediante un sistema adecuado de climatización del aire (a través de electricidad, agua caliente, vapor, agua fría o líquidos refrigerantes) se debe crear un clima interior confortable para la 14
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mayoría de los ocupantes de un espacio, de manera que se pueda calentar el aire en la estación fría y refrigerar durante la cálida. También es importante formar al trabajador sobre el empleo adecuado de la ropa de trabajo y concienciarles respecto a que trabajar exponiéndose a altas o bajas temperaturas puede entrañar riesgos. Igualmente, se debe formar a los trabajadores sobre la detección de los síntomas y signos de la exposición a temperaturas extremas de determinados trabajos. Sobre la fuente de calor • Apantallamiento de los focos de calor radiante (hornos, motores, etc.), utilizando en cada caso las medidas más adecuadas. Sobre el ambiente térmico • Dotar al local de una ventilación general que evite el calentamiento del aire, aumentando, si fuese preciso, la velocidad del mismo. Esta ventilación puede ser de tipo natural o forzada por medio de ventiladoresextractores. • Utilizar sistemas de extracción localizada en actividades en que se genere vapor de agua, con el fin de evitar el aumento de la humedad del aire. • En el caso de temperaturas frías se pueden utilizar chorros de aire caliente, aparatos de calefacción por radiación o placas de o calientes.
BIBLIOGRAFIA
Manual de estudios Ambientales Arq. José A. Milán Pérez
Bienestar térmico humano Arq. E. Mayorga Navarro
Confort térmico y tipología arquitectónica en clima cálido – húmedo. Tesina Universidad Politécnica de Cataluña
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ACONDICIONAMIENTO TERMICO BIENESTAR TERMICO HUMANO Podemos definir el confort como un estado de completo bienestar físico, mental y social. Pretendemos que las personas se encuentren bien, no que estén menos mal. El confort, depende de multitud de factores personales y parámetros físicos. De entre todos los factores, el confort térmico representa el sentirse bien desde el punto de vista del ambiente higrotérmico exterior a la persona. Los límites extremos, desde el punto de vista térmico, pueden resultar dañinos, e incluso mortales, para el ser humano. El calor y el frío no son factores que hay que despreciar, puesto que se tratan de agentes susceptibles de generar riesgos y, por ello, lesiones laborales, además de estrés, disconfort e insatisfacción en el trabajo. La relación entre hombre-trabajador y el ambiente térmico es sintomática; el calor es recibido por el cuerpo humano que, a su vez, lo cede cuando la temperatura del aire y del cuerpo es distinta. La temperatura normal del cuerpo es de 37º C. No obstante, a efectos de la agresividad que pueda provocar un ambiente térmico, han de tenerse en cuenta las siguientes variables: De qué parámetros o variables depende el confort? TEMPERATURA DEL AIRE HUMEDAD RELATIVA PARAMETROS AMBIENTALES VELOCIDAD DEL AIRE TEMPERATURA RADIANTE SEXO EDAD PESO (CONST. CORPORAL) VESTIMENTA FACTORES PERSONALES ESTADO DE SALUD S HISTORIAL TERMICO INMEDIATO MEDIATO TIEMPO DE PERMANENCIA SOCIOCULTURALES EXPECTATIVAS DEL CONFORT ADAPTABILIDAD DEL ESPACIO FACTORES ARQUITECTONICOS CONTECTO VISUAL CON EL EXTERIOR
Para comprender que condiciona el bienestar y su relación con la arquitectura debe tomarse en cuenta que el cuerpo humano produce calor y lo intercambia con el ambiente que lo rodea, esto incluye el medio natural y el medio construido. Para tal efecto existen procesos exógenos y endógenos que propician dicho intercambio de calor. Los mecanismos exógenos son la convección, la conducción y la radiación; y los de carácter endógenos son la evaporación (en sus dos formas; la respiración y la sudoración) y el metabolismo. 1
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Convección: es la transferencia de calor que se realiza al estar un fluido – liquido o gaseoso – en o con la piel. La pérdida o ganancia del calor depende de la temperatura del cuerpo y de la temperatura y movimiento del fluido en o. Al acelerarse el movimiento del fluido, aumenta la convección. Conducción: es la transferencia de calor de los objetos que están en o con la piel y dependen de la temperatura y conductividad térmica del material en o. Cuantitativamente la ganancia o pérdida de calor está condicionada por el tamaño del área de o entre los cuerpos. Radiación: es la transferencia de calor entre el cuerpo y la superficie que lo rodean a través del ambiente. El flujo depende de la temperatura y cercanías que tengas las superficies a su alrededor. La piel siempre irradia calor en la longitud de onda correspondiente a los infrarrojos. Nuestro entorno emite a su vez radiaciones, ya sea en onda corta (radiación solar directa) o en ondas largar (radiación terrestre) produciéndose así un intercambio energético por radiación entre la piel y el entorno, incluso lejano. Evaporación: es la transferencia de calor del cuerpo humano hacia el aire ambiental; depende de la cantidad de agua que se expulsa por la respiración y la transpiración, que continua aún, cuando la temperatura del aire y la temperatura media radiante son superiores a la temperatura media del cuerpo. Metabolismo: la fuerza que le permite realizar sus actividades el cuerpo humano la obtiene al convertir la masa alimenticia en energía. A este proceso se le llama metabolismo. El calor metabólico que produce un individuo depende de la actividad que lleva a cabo y es un factor clave en el estudio del bienestar térmico.
ECUACIÓN DEL BALANCE TÉRMICO HUMANO: De lo anterior se concluye que el Balance térmico entre el cuerpo humano y su entorno puede expresarse en la siguiente forma: M±Cd±Cv±R-E=0 donde: M: es el calor que por unidad de tiempo produce el metabolismo humano Cd: calor que gana o pierde por conducción Cv: calor que gana o pierde por convección R: calor que gana o pierde por radiación E: calor que siempre se pierde por evaporación 2
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EFECTO AISLANTE DE LA ROPA: Es importante resaltar al papel fundamental que desempeña el efecto aislante de la ropa en el control de la temperatura y la humedad de la piel, las cuales dependen de las propiedades físicas de la tela o del material con que se elaboren las prendas y de que tan ajustadas estén al cuerpo, pues formas una barrera para el intercambio energético entre el cuerpo y el ambiente. Cabe señalar que el tipo de ropa cambia de acuerdo con su uso, el cual depende de la actividad, la edad, el sexo, la hora del día, el clima y la hora predominante. La unidad de resistencia térmica denominada para la vestimenta es denominada CLO, que se deriva de la palabra inglesa Clothing que significa ropa en español. En la evaluación del ambiente térmico conviene tener en cuenta los siguientes aspectos: la medida de sus variables, el índice de WBGT y la posición del cuerpo y el tipo de trabajo. Los instrumentos de medida empleados son los siguientes: • Un termómetro de bulbo seco. • Un termómetro normal de bulbo húmedo. • Un termómetro de globo. CONDICIONES AMBIENTALES EN LOS LUGARES DE TRABAJO. 1. La exposición a las condiciones ambientales de los lugares de trabajo no debe suponer un riesgo para la seguridad y la salud de los trabajadores. 2. Asimismo, y en medida de lo posible, las condiciones ambientales de los lugares de trabajo no deben constituir una fuente de incomodidad o molestia para los trabajadores. A tal efecto, deberán evitarse las temperaturas y las humedades extremas, los cambios bruscos de temperatura, las corrientes de aire molestas, los olores desagradables, la irradiación excesiva y, en particular, la radiación solar a través de ventanas, luces o tabiques acristalados. 3. En los locales de trabajo cerrados deberán cumplirse, en particular, las siguientes condiciones: a) La temperatura de los locales donde se realicen trabajos sedentarios propios de oficinas o similares estará comprendida entre 17 y 27º C. Las temperaturas de los locales donde se realicen trabajos ligeros estará comprendida entre 14 y 25º C. b) La humedad relativa estará comprendida entre el 30 y el 70 por 100, excepto en los locales donde existan riesgos por electricidad estática en los que el límite inferior será el 50 por 100. c) Los trabajadores no deberán estar expuestos de forma frecuente o continuada a corrientes de aire cuya velocidad exceda los siguientes límites: 1. Trabajos en ambientes no calurosos: 0,25 m/s 2. Trabajos sedentarios en ambientes calurosos: 0,5 m/s. 3. Trabajos no sedentarios en ambientes calurosos: 0,75 m/s. Estos límites no se aplicarán a las corrientes de aire expresamente utilizadas para evitar el estrés en exposiciones intensas al calor, ni a las corrientes de aire acondicionado, para las que el límite será de 0,25 m/s en el caso de trabajos sedentarios y 0,35 m/s en los demás casos. d) Sin perjuicio de lo dispuesto en relación a la ventilación de determinados locales en el RD 1618/1980, de 4 de julio, por el que se aprueba el Reglamento de calefacción, climatización y agua caliente sanitaria, la renovación mínima del aire de los locales de trabajo, será de 30 metros cúbicos de aire limpio por hora y trabajador, en el caso de trabajos sedentarios en ambientes no calurosos ni contaminados por humo de tabaco y de 3
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50 metros cúbicos, en los casos restantes, a fin de evitar el ambiente viciado y los olores desagradables. El sistema de ventilación empleado y, en particular, la distribución de las entradas de aire limpio y salidas de aire viciado, deberán asegurar una efectiva renovación del aire del local de trabajo. 4. A efectos de la aplicación de lo establecido en el apartado anterior deberán tenerse en cuenta las limitaciones o condicionantes que puedan imponer, en cada caso, las características particulares del propio lugar de trabajo, de los procesos u operaciones que se desarrollen en él y del clima de la zona en la que esté ubicado. En cualquier caso, el aislamiento térmico de los locales cerrados debe adecuarse a las condiciones climáticas propias del lugar. 5. En los lugares de trabajo al aire libre y en los locales de trabajo que, por la actividad desarrollada, no puedan quedar cerrados, deberán tomarse medias para que los trabajadores puedan protegerse, en la media de lo posible, de las inclemencias del tiempo. 6. Las condiciones ambientales de los locales de descanso, de los locales para el personal de guardia, de los servicios higiénicos, de los comedores y de los locales de primeros auxilios deberán responder al uso específico de estos locales y ajustarse, en todo caso.
FACTORES GLOBALES QUE INFLUYEN EN EL BIENESTAR TÉRMICO Condiciones atmosféricas que afectan al confort humano Temperatura El adecuado control de la temperatura del medio ambiente que circunda el cuerpo humano elimina el esfuerzo fisiológico de acomodación, obteniéndose con ellos un mayor confort y la consiguiente mejora del bienestar físico y de las condiciones de salubridad. Humedad Una gran parte del calor que posee el cuerpo humano se disipa por evaporación a través de la piel. Como quiera que la evaporación se favorece con la humedad relativa del aire baja y se retarda si ésta es alta, se deduce que la regulación de la humedad tenga una importancia tan vital como la de la temperatura. Un exceso de humedad no sólo da como resultado reacciones fisiológicas perjudiciales, sino que también afecta (por lo común en forma perjudicial) a las cualidades de muchas de las sustancias contenidas en el lugar de que se trate, y muy particularmente sobre los vestidos y muebles. Confort térmico y humedad del aire ambiente Las transferencias sensibles, (radiación, convección, y casualmente conducción) son menores según se eleva la temperatura (figura 1). Entonces, la disipación del calor metabólico, sólo se efectúa por medio de transferencias latentes, más difíciles de controlar cuanta más alta sea la humedad ambiente. Por encima de un cierto nivel de humedad, se produce un fenómeno de incomodidad fisiológica, que puede llegar a manifestarse en forma de sudor. Por lo tanto, en condiciones de verano, el ambiente será más confortable, cuanto más seco sea el aire.
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Movimiento del Aire El movimiento del aire sobre el cuerpo humano incrementa la proporción de humedad y calor disipados con respecto a la que correspondería a un aire en reposo, dando ello lugar a que la sensación de calor y frío experimente variación. El aire que nos rodea está en constante movimiento, considerando como valor adecuado los 0,25 m/s a una altura del suelo inferior a 2 m. Una velocidad mayor produce un efecto desagradable, que se hace difícil de soportar, tanto más cuanto menor sea la temperatura del aire. Una velocidad inferior a 0,1 m/s produce así mismo una sensación de falta de aire, que ocasiona también molestias. Pureza del Aire Las personas respiramos normalmente, alrededor de 15 Kg de aire cada día, por lo que debemos de considerar la importancia que tiene su adecuada limpieza y renovación. La composición física y química del aire comprende un determinado número de elementos diversos. La disminución de la proporción de oxígeno contenido, así como el aumento del anhídrido carbónico, debido a la combustión fisiológica son factores raramente importantes a causa de la pequeña ventilación que se requiere para anular sus efectos. La dilución de los olores humanos exige una gran ventilación y otros medios de eliminación de olores. La eliminación de las partículas sólidas, en suspensión en el aire introducido en el recinto, es muy importante no sólo por lo que concierne a la salud, sino también por lo que tienen de molestas, así como por el detrimento que frecuentemente representa la suciedad depositada en los mobiliarios y demás objetos. El humo, ya sea producido en el interior de la habitación, ya en exterior de la misma, debe ser evacuado a causa de lo pernicioso que resulta para la vista y el aparato respiratorio.
FACTORES CLIMÁTICOS El clima Cálido-Húmedo en el planeta El clima cálido-húmedo es propio de las regiones tropicales, entre lo 0º latitud (Ecuador) y los 23º latitud Norte y Sur, es decir, entre los trópicos de Cáncer y Capricornio, respectivamente. Dicho clima es consecuencia de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), un cinturón de baja presión que ciñe el globo terrestre el la región ecuatorial. Está formado, como su nombre indica, por la convergencia de aire cálido y húmedo de latitudes por encima y por debajo del ecuador. En estas áreas la lluvia simplemente se intensifica con el aumento de la insolación solar y disminuye a medida que el sol ilumina otras latitudes. Las variaciones de posición de la ZCIT afecta las precipitaciones en los países ecuatoriales produciendo estaciones secas y húmedas en lugar de frías y cálidas como en las latitudes superiores. Además, modifica la dirección del viento, de norte a sur y viceversa.
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Estas condiciones climáticas se encuentran en los siguientes países: México Colombia Costa Dorada Mozambique Malasia Islas del Caribe Venezuela Nigeria Tailandia
Madagascar Indonesia Guatemala Guianas África Ecuatorial India Indo-China Honduras
Brasil Congo Pakistán Filipinas Nicaragua África Occidental Kenya Ceylon
Australia Costa Rica Sierra Leona Tanganyika Burma Panamá Liberia Uganda
Las características del clima Cálido-Húmedo En el clima de las zonas intertropical las temperaturas medias son altas, con variaciones poco acusadas entre día-noche y estacionales. La humedad es muy alta, frecuente nebulosidad y fuertes precipitaciones irregulares. Es decir, las temperaturas medias mensuales son elevadas y bastante uniformes a lo largo del año, siendo la media anual superior a los 20º C. El régimen térmico varía entre 3 y 10º C, mayor en el interior y menor en las áreas costeras. Las precipitaciones oscilan entre los 400 y los 1.000 mm anuales, aunque la variedad de clima monzónico alcanza valores muy superiores. Alternan las estaciones secas cuya duración varía según la proximidad al Ecuador terrestre, y una estación húmeda con un gran número de precipitaciones. Los factores del clima son las condiciones físicas, no variables, de un sitio y que afectan de modo general al clima. Estos factores han sido clasificados de diferentes maneras y son conocidos como factores astronómicos, geográficos, biológicos y/o tecnológicos. Es especialmente importante que, previamente al proceso de diseño, así como previo al planteamiento de propuestas de reacondicionamiento de edificaciones, se realice un estudio de estos factores, pues estos pueden llegar a determinar en gran medida el buen comportamiento de la edificación desde el punto de vista medioambiental y de confort. Para el desarrollo de este trabajo de investigación, se tomarán en cuenta algunos de estos factores de acuerdo al grado de intervención en el comportamiento de las viviendas. Es necesario mencionar que la mayor parte de estos factores son construidas con tapia pisada, con patio difícilmente modificables, pero que inciden directamente en las interior y cerradas al exterior para protegerse del frío típico del clima de montaña. Fuente: características climáticas del entorno donde se ubica cada una de las viviendas a analizar (Anexos). Asimismo, hay que señalar que aunque se es consiente de su importancia en la determinación del clima de una región, el grado de influencia de estos tanto sobre el ventilación. Situación geográfica o Latitud. Es la distancia angular desde cualquier punto sobre la superficie terrestre hasta el Ecuador. Su análisis es importante porque determina los procesos térmicos como la incidencia solar y el movimiento de rotación de la tierra, que generan la aparición de sistemas de vientos variables y zonas de calma. De modo específico, debemos decir que en esta investigación la situación geográfica es tomada en consideración porque es de gran ayuda en la observación de la incidencia de los rayos solares sobre el lugar donde se ubican las viviendas y, además, porque afecta la 6
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temperatura, el asoleamiento de muros, ventanas y cubiertas, así como la posible ubicación e inclinación de colectores solares, fotoceldas u otros elementos arquitectónicos a prever en las propuestas de reacondicionamiento. Altura sobre el nivel del mar. En términos generales, sabemos que influye directamente en el clima de un lugar, de modo que los valores de la temperatura se reducen en la medida que se aumenta la altitud. No obstante, hay que recordar que éste actúa en conjunto con los otros factores climáticos. En el presente trabajo no resulta determinante puesto que la variable ha sido controlada al analizar tres casos ubicados a escasos metros sobre el nivel del mar. El factor de continentalidad. Se refiere a la situación de un lugar en función de la presencia o ausencia de masas de agua, la cual condiciona las variaciones de temperatura y humedad de la edificación. De hecho, las masas de agua actúan como reguladores térmicos, enfriando el ambiente en la noche y templándolo en el día. Además, influye en el movimiento de las masas de aire que generan brisas o vientos. En este estudio, este factor constituye una variable importante, puesto que la región donde se ubican las viviendas seleccionadas se encuentra muy próxima a una gran masa de agua, hecho que evidentemente repercute en las respuestas de las edificaciones. El factor orográfico. Puede resultar un factor de gran relevancia por su incidencia en el clima de una región, bien por la presencia de montañas que generan obstrucción o por permitir la incidencia directa de los rayos solares y del viento. Asimismo, modifica las características microclimáticas de un sitio con respecto a las climáticas de la región donde se encuentra, si las diferencias orográficas son representativas. La topografía, el relieve, la exposición a la radiación • solar y la naturaleza de la superficie terrestre. Estos factores están íntimamente relacionados con la edificación, constituyendo un elemento clave en el diseño y en su reacondicionamiento debido a su influencia sobre las condiciones climáticas, ya que la forma del relieve determinará la incidencia de los vientos, la radiación solar recibida y el % de reflexión de sus superficies, en función de los materiales que componen el suelo, así como el tipo de vegetación y la humedad del lugar. Como se puede apreciar, estos factores, debido a la posibilidad de variación en una misma zona geográfica, son capaces de modificar las condiciones microclimáticas generando una variedad de subtipos climáticos dentro de una zona geográfica. Vegetación y fauna. La vegetación y la fauna de un lugar son concebidas como factores biológicos del clima, ya que de acuerdo al tipo de plantas y de animales presentes en una región podemos determinar el tipo climático. En el caso de la vegetación, por influir ésta directamente en la temperatura y humedad, así como en la radiación solar que es recibida por la superficie terrestre y en el % de energía reflejada, además de ser considerada como una variable del lugar, puede ser utilizada como un medio para modificar las condiciones del lugar mejorando o empeorando las condiciones de las 7
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edificaciones. La localización
La situación de un lugar, en las costas o en el interior de los continentes, será un factor a tener en cuenta a la hora de establecer el clima de esa zona, sabiendo que las aguas se calientan y enfrían más lentamente que la tierra, los mares y océanos suavizan las temperaturas extremas tanto en invierno como en verano, el mar es un regulador térmico. El relieve son las formas distintas que presenta la corteza terrestre. El macrorrelieve de la tierra se ha formado principalmente por el desplazamiento de las placas de la tierra que hacen que se formen alteraciones de la superficie terrestre. Otro factor que ayuda a la formación de distintos relieves son los vientos que al producir la erosión se tiende a nivelar el relieve, pues desgasta las partes más altas de las cordilleras y tiende a rellenar con los aluviones. El relieve afecta el clima ya que en los sectores más altos hay mayores diferencias de temperaturas que en los sectores más bajos. Por otro lado los sectores más bajos en general presentan mayores humedades relativas promedio. La distancia con respecto al mar determina a nivel climático la influencia marítima que lleva a decir que en los lugares más cercanos al mar existe menor oscilación térmica y mayor humedad relativa comparada con los lugares más hacia el interior del continente. Las corrientes marinas se forman por el empuje del viento sobre el mar. Al girar la tierra, las corrientes se retuercen y fluyen alrededor de los océanos en enormes círculos llamados giros. Las corrientes cálidas se alejan del ecuador, y las frías fluyen de regreso hacia él. Los vientos que soplan sobre estas corrientes aportan temperaturas cálidas o frías a las costas cercanas, por lo que afectan el clima. La corriente del golfo, en el Atlántico, mantiene cálida la parte noroccidental de Europa en invierno. Esos elementos y factores habrá que combinarlos adecuadamente en el establecimiento de los climas de los distintos lugares de la Tierra, e incluso habrá que matizarlos con factores particulares si hablamos de microclimas. Los climas de la Tierra se reflejan en la distinta vegetación, fauna, asentamientos humanos y actividades económicas de estos según las zonas y la tipología. Urbanización o modificaciones del entorno. Este es un factor de gran importancia para el análisis previo al proyecto. Generalmente, es analizado como un factor de tipo tecnológico, ya que las modificaciones del entorno se deben principalmente a la presencia de edificios, pavimentos, vehículos, industrias, falta de árboles u otros elementos propios de la urbanización, los cuales modifican el clima disminuyendo o aumentando la temperatura, la humedad, incrementando los niveles de ruido y de contaminación del agua, aire o del suelo e, incluso, permitiendo o no el paso directo de los rayos solares. De acuerdo con esto, se observarán ciertas diferencias en los valores de algunos elementos climáticos Foto 5. Barcelona, vista desde el edificio del Ayuntamiento dependiendo si se está en un entorno modificado por hacia Montjuïc. El continuo crecimiento urbano y la presencia el hombre o no. Esta es probablemente una de las cada vez mayor de vehículos y sistemas artificiales de acondicionamiento inciden sobre las variables climáticas de las variables más determinantes de las condiciones ciudad. 8
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ELEMENTOS QUE COMPONEN EL CLIMA El clima es el valor medio del tiempo atmosférico. Los climatólogos calculan este promedio durante un período de treinta años con el fin de conseguir cifras representativas en las que poder basar sus clasificaciones. Para clarificar los conceptos: Clima: Corresponde al promedio del tiempo atmosférico, observado en forma científica durante un largo período de tiempo. Tiempo: Es la condición de la atmósfera, en un lugar determinado y en un instante preciso. En cualquier parte de nuestro planeta se puede observar que no hace el mismo tiempo climático todos los días. Sin embargo, durante el año predomina un tipo de tiempo, que es lo que se llama clima.
Elementos del clima El clima es el resultado de numerosos factores que actúan conjuntamente. Los accidentes geográficos, como montañas y mares, influyen decisivamente en sus características. 1.- Temperatura. Es el grado de calor que posee el aire en un momento y lugar determinados; se consigue en la Atmosfera y en cualquier otro cuerpo de la Tierra. La temperatura se mide en grados centígrados (ºC) o Fahrenheit (ºF) con el termómetro (aparato que contiene mercurio o alcohol y una escala graduada en ºC o ºF) y el termógrafo (aparato que registra la temperatura gráficamente). Factores que influyen en la temperatura: El aire esta influido por las radiaciones solares. Próximo a la superficie, el aire se calienta, mientras que, a medida que se asciende se hace mas frío. Es decir, que la altitud influye en la temperatura.
Otro factor que influye en la variación de la temperatura es la latitud, ya que, de acuerdo con el movimiento de traslación terrestre, los rayos inciden desde diferentes direcciones.
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2.- Presión atmosférica El aire, aunque parece liviano, tiene peso. Se llama presión atmosférica al peso que ejerce el aire sobre un determinado punto de la superficie terrestre. La presión no es uniforme en toda la corteza, por ejemplo disminuye en las zonas elevadas. Por lo tanto, es mas baja en las montañas que en las costas. ¿Cómo se mide la presión atmosférica? Se estableció una presión media, tomada sobre el nivel del mar. Este valor alcanza los 760 mm y equivale a 1.033 gr. Por cm2. Puede ser medida por medio del barómetro (instrumento hecho de mercurio o metal que se basa en el principio de que el aire pesa y, así, ejerce presión sobre el mercurio o el metal – la presión marcada se lee en milímetros).
Factores que influyen en la presión atmosférica. Con la temperatura: es inversamente proporcional (a mayor temperatura, menor presión) porque el aire se expande con el calor. Con la altura: es inversamente proporcional (a mayor altura, menor) porque, a medida que se asciende, las capas atmosféricas son mas delgadas y, por lo tanto, ejercen menos presión. Con la humedad: es inversamente proporcional (a mayor humedad hay menor presión, y viceversa) 3.- Humedad atmosférica Es la cantidad de vapor de agua contenida en el aire en un lugar y momento determinado. La humedad atmosférica se origina a causa de la evaporación que el calor producido por la radiación solar provoca en las masas liquidas de la superficie terrestre (océanos, mares, lagos, ríos,…).Puede ser absoluta (cantidad de vapor de agua que existe en la atmosfera en un momentos y lugar dado) o relativa (relación existente entre la cantidad de vapor de agua que contiene el aire en un momento, lugar y condiciones dadas y el que puede contener en iguales condiciones. La humedad de la atmósfera varia según distintos factores, como la ubicación de la zona geográfica y su disponibilidad de aguas continentales, su cercanía al mar, las características del suelo (si son permeables o no), la temperatura, los vientos. Para su medición se emplea el higrómetro (del griego higro , “humedad”, y metron , “medida”) y el psicrómetro (instrumento que sirve para medir la evaporación). 4.- Viento Es el movimiento horizontal del aire atmosférico. Al aire que se mueve verticalmente se le llama corriente aérea. Los vientos tienen gran importancia geográfica porque transportan: masas de aire frío desde las zonas frías a las cálidas y viceversa, originando variaciones en la temperatura; y humedad desde los océanos y mares a los continentes, provocando zonas de abundante lluviosidad 10
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¿Cómo son los vientos? Algunos se caracterizan por la dirección que toman. Ésta se halla determinada por los cambios de presión. El viento se desplaza desde las zonas de alta presión hacia las de baja presión; y, además, en su trayectoria, se desvía por acción de la rotación terrestre. La dirección de los vientos se aprecia mediante la veleta y el anemoscopio y su velocidad por medio del anemómetro. 5.- Precipitaciones atmosféricas Son el último paso del ciclo hidrológico. Consiste en la caída del agua líquida o sólida. Se produce cuando el vapor de agua se condensa en la Atmósfera originando las nubes. Cuando la condensación se produce a una temperatura superior a 0ºC la precipitación es líquida (lluvia); y cuando ocurre a una temperatura inferior a 0ºC la precipitación es sólida (nieve o granizo).
Las precipitaciones pueden medirse con el Pluviómetro.
Las lluvias se clasifican en: - Lluvia frontal o ciclónica: es causada por una masa de aire caliente que pasa por encima de una “montaña” de aire frío, o que es levantada por una “cuña” de aire frío. - Lluvia orográfica, o de relieve: es causada al ser forzada la masa de aire a ascender a niveles más fríos cuando tropieza con tierras altas situadas en su trayecto. - Lluvia por convección: puede producirse cuando el aire calentado (y por tanto más liviano que el aire que lo rodea) se eleva por sí solo, se expande y se enfría.
TEMPERATURA EFICAZ La temperatura de los locales donde se realicen trabajos sedentarios propios de oficinas o similares estará comprendida entre 17 y 27º C. Las temperaturas de los locales donde se realicen trabajos ligeros estarán comprendidas entre 14 y 25º C. La humedad relativa estará comprendida entre el 30 y el 70 por 100, excepto en los locales donde existan riesgos por electricidad estática en los que el límite inferior será el 50 por 100. Efectos de las temperaturas extremas sobre el organismo. Cuando la temperatura es baja, el calor cedido al medio ambiente es superior al calor recibido o producido por el metabolismo; entonces, el organismo se enfría, desencadenando mecanismos de defensa frente a la hipotermia. Esta, a su vez, provoca: 11
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• Malestar general. • Disminución de la sensibilidad. • Confusión, torpeza y pérdida de coordinación. • Congelación de del cuerpo (orejas, pies, manos). • Disminución de la destreza manual. • Pérdida de la concentración. • Coma: la muerte se produce cuando la temperatura interior es inferior a 28º C. Cuando la temperatura es lata el calor cedido por el organismo al medio ambiente es inferior al calor recibido o producido por el metabolismo; entonces, el organismo aumenta su temperatura desencadenando mecanismos de defensa frente a la hipertermia a través, fundamentalmente, de la vaso dilatación sanguínea, activación de las glándulas sudoríferas o aumento de la circulación periférica. Las consecuencias de la hipertermia adoptan distintas manifestaciones: • Trastornos psiconeuróticos. • Trastornos de la piel: erupciones cutáneas y quemaduras. • Trastornos sistemáticos: calambre por calor, agotamiento por calor. • Pérdida de fuerza. • Deficiencia respiratoria. • Deshidratación. • Desalinización. • Golpe de calor. Una cita no debe faltar sobre ciertos factores que reducen los efectos de los mecanismos de defensa frente al calor y el frío, como las infecciones en general, el alcohol, la fiebre, la edad y el peso.
BALANCE TERMICO HUMANO Y CONFORT El balance térmico tiene que mantenerse para la supervivencia en límites estrechos y el confort se encuentra en un rango mucho mas estrecho. El equilibrio se logra en presencia de elementos y factores diversos como la temperatura del aire, la temperatura de las superficies circundantes, la producción de calor, el efecto de aislamiento de la ropa, etc. Cuando el cuerpo está en equilibrio térmico, la persona no reconoce las condiciones del medio, no siente ni frío ni calor, lo cual le permite realizar cualquier actividad sin molestia alguna. La Arquitectura tiene que crear ambientes favorables para la recuperación de la fatiga diaria. La respuesta térmica del organismo humano al medio térmico no depende sólo de la temperatura del aire. La temperatura del aire, la radiación, la humedad y el movimiento del aire producen efectos térmicos y deben considerarse simultáneamente para predecir las reacciones del organismo. Antes de valorar los efectos de los factores climáticos hay que hacer un breve examen de los procesos térmicos del cuerpo humano. Para una persona que está realizando un trabajo sedentario, si la temperatura de las superficies que rodean al cuerpo y la temperatura del aire son iguales y tiene un valor de 18°C, la humedad relativa está entre 40 y 60% y la velocidad del aire es menor de 0,25 m/s, el cuerpo puede liberar el calor sin dificultad Para ese mismo tipo de trabajo, si la temperatura del aire se eleva a 30°C y las temperaturas superficiales que le rodean son aún más altas y también la humedad relativa del 12
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aire se eleva a 90%, ocurre que el aire toma humedad de la piel pero la capa próxima a la piel se satura, el aire en movimiento desplaza esta capa de aire saturado y continúa la evaporación. Si la temperatura del aire se eleva a 37°C y la humedad relativa a 100%, el movimiento del aire causará molestias. Esta situación ocurre poco, generalmente los índices altos de humedad están acompañados de temperaturas del aire menores que la temperatura de la piel y viceversa, temperaturas elevadas están generalmente acompañadas de humedad relativa baja. Si las temperaturas del aire y de las superficies que rodean al cuerpo son mayores que la temperatura de la piel y la velocidad del aire es menor de 0,25 m/s y con una humedad relativa de 100 %, se produce sudoración profusa pero sin evaporación y hay ganancia de calor por convección y radiación. Por confort térmico se entiende una situación en la que el sujeto no experimenta ninguna sensación térmica, en otras palabras, no experimenta sensación de calor ni de frío. Se trata, por tanto, de evaluar sensaciones, con la carga subjetiva que ello comporta, y, por tanto, no es de extrañar que entre las herramientas de estudio y análisis se incluyan las encuestas. También estos componentes subjetivos implican que los resultados siempre tendrán la forma de definición de situaciones en las que un porcentaje más o menos elevado de individuos consideran que es confortable, con la consecuencia, asumida desde el principio, de que es imposible alcanzar la unanimidad entre todo un colectivo respecto a la confortabilidad de una situación. La zona de confort Los límites de temperatura que puede resistir el ser humano se encuentra en los 50°C (insolación) y 0°C la congelación. El punto de confort se establece en la media de la temperatura corporal y los extremos de la resistencia humana, es decir si la temperatura corporal es de 36 a 36.5°C y el punto de congelamiento es de 0°C y el de insolación de 50° C se estima que la temperatura de confort se encuentra entre los 21° y 27° C con humedad relativa entre 40 y 60% de humedad y velocidad del viento de 15m/min. También es necesario considerar que no todos los humanos tienen la misma capacidad de adaptación, por ejemplo en Nicaragua las personas que viven en las costas tienen mucho más tolerancia a la humedad o al calor, mientras tanto las personas de climas fríos y zonas altas se han adaptado mejor al frío. Sin embargo aunque exista cierta capacidad de adaptación el ser humano desde sus orígenes ha buscado tener un umbral de comodidad y sobre todo de seguridad, así pues aunque en la costa la gente pueda soportar las altas temperaturas es necesario acondicionar los espacios para garantizar una mayor calidad de vida. Los elementos principales que afectan al confort humano son: • Temperatura del aire • Radiación solar • Movimiento del aire • Humedad
Condiciones para alcanzar confort térmico El cuerpo humano se puede considerar como una máquina térmica que intercambia energía con su entorno, en forma de calor y humedad. Se alcanza el confort térmico, sólo si hay equilibrio entre el calor producido por el metabolismo y las diferentes formas de disipación. Estas son:
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Transferencias conductivas, por o entre el cuerpo y otros sólidos: por ejemplo, los pies con el suelo, o la mano con una mesa. Esas transferencias son de poca importancia, en general.
Transferencias convectivas: piel, ropa, o circulación de aire en los pulmones.
Transferencias por radiación desde la piel o la ropa, hacia el entorno.
Transferencias latentes debido a los procesos de respiración, o evaporación-transpiración.
Criterios de confort Se considera que existe confort térmico, cuando se dan simultáneamente las dos siguientes condiciones: Equilibrio térmico global La producción de calor del cuerpo humano es igual a la emisión de calor hacia el entorno. Con potencias frigoríficas normales y una regulación de temperatura adecuada, la obtención del equilibrio térmico global no presenta dificultad. Este mismo criterio, en la práctica, se usa tanto para la previsión del consumo de energía, como para la verificación formal de las condiciones de confort. Confort térmico local El individuo no siente en ninguna parte de su cuerpo, ni calor ni frío desagradable. Las causas de incomodidad (corrientes de aire, efectos de pared, etc.) son múltiples, constituyen el segundo criterio, el cual en la práctica, necesita estudios más profundos. CONDICIONES AMBIENTALES QUE INFLUYEN EN EL CONFORT Temperatura La temperatura seca del aire es la temperatura a la que se encuentra el aire que rodea al individuo. La diferencia entre esta temperatura y la de la piel de las personas determina el intercambio de calor entre el individuo y el aire, a este intercambio se le denomina «intercambio de calor por convección». También existe el intercambio de calor por radiación entre unas y otras superficies del ambiente (piel, máquinas, cristales, paredes, techos, etc.), que hace que, por ejemplo, pueda ser agradable estar en una casa en la que la temperatura es de 15º C, pero sus paredes están a 22º C. Si la temperatura de la piel es mayor que la temperatura radiante media, el cuerpo cede calor por radiación al ambiente; si es al revés, el organismo recibe calor del medio. Humedad La humedad es el contenido de vapor de agua que tiene el aire. El mecanismo por el cual se elimina calor del organismo es a través de la transpiración. Cuanta más humedad haya, menor será la transpiración; por eso es más agradable un calor seco que un calor húmedo. Un valor importante relacionado con la humedad es el de la humedad relativa, que es el porcentaje de humedad que tiene el aire respecto al máximo que itiría. MEDIDAS PREVENTIVAS Mediante un sistema adecuado de climatización del aire (a través de electricidad, agua caliente, vapor, agua fría o líquidos refrigerantes) se debe crear un clima interior confortable para la 14
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mayoría de los ocupantes de un espacio, de manera que se pueda calentar el aire en la estación fría y refrigerar durante la cálida. También es importante formar al trabajador sobre el empleo adecuado de la ropa de trabajo y concienciarles respecto a que trabajar exponiéndose a altas o bajas temperaturas puede entrañar riesgos. Igualmente, se debe formar a los trabajadores sobre la detección de los síntomas y signos de la exposición a temperaturas extremas de determinados trabajos. Sobre la fuente de calor • Apantallamiento de los focos de calor radiante (hornos, motores, etc.), utilizando en cada caso las medidas más adecuadas. Sobre el ambiente térmico • Dotar al local de una ventilación general que evite el calentamiento del aire, aumentando, si fuese preciso, la velocidad del mismo. Esta ventilación puede ser de tipo natural o forzada por medio de ventiladoresextractores. • Utilizar sistemas de extracción localizada en actividades en que se genere vapor de agua, con el fin de evitar el aumento de la humedad del aire. • En el caso de temperaturas frías se pueden utilizar chorros de aire caliente, aparatos de calefacción por radiación o placas de o calientes.
BIBLIOGRAFIA
Manual de estudios Ambientales Arq. José A. Milán Pérez
Bienestar térmico humano Arq. E. Mayorga Navarro
Confort térmico y tipología arquitectónica en clima cálido – húmedo. Tesina Universidad Politécnica de Cataluña
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