UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA SUR
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA SUR
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA SUR ÁREA DE CONOCIMIENTO DE CIENCIAS DEL MAR DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA EN PESQUERÍAS TESIS “COMPARACIÓN DEL CONFORT TÉRMICO DENTRO DE VIVIENDAS CONVENCIONALES Y UNA VIVIENDA CON ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS EN LA PAZ B.C.S” QUE COMO REQUISITO PARA OBTENER EL TÍTULO DE: INGENIERO EN PESQUERÍAS PRESENTA: Miriam Anahi Urcid Cuevas DIRECTOR: M. en I. Oscar Reséndiz Pacheco LA PAZ, B.C.S. JUNIO 2015. DEDICATORIA A ti mi Dios por no soltarme en lo alto o en lo bajo, en la calma o la tormenta, por darme fortaleza y mantenerme firme ante cualquier adversidad. A mi mamá Alejandra eres mi principal cimiento, para la construcción de mi vida, eres ese espejo en el cual me quiero reflejar por tus virtudes infinitas y tu gran corazón que me llevan admirarte cada día más, gracias por nunca soltarme, por soportarme y amarme, Dios no pudo escoger mejor mamá para mí. A mi papá Luis, por ser mi amigo, confidente, y siempre estar ahí para mí por enseñarme una de las lecciones más importantes de mi vida, que no es la sangre ni la carne lo que nos unen sino el corazón el que te hace ser mi padre y yo tu hija, gracias por formar parte de mi familia y demostrarme siempre ese amor incondicional. A mi hermano Israel, por ser ese mejor amigo que no tuve que escoger, por esas noches a mi lado sirviéndome café, por tu infinito amor hacia mí, gracias por las risas y lágrimas porque tú eres mi persona favorita en este mundo. A ti Juan Carlos por tu comprensión, amor y paciencia, por enseñarme hacer cada día más fuerte, gracias por alentarme cada vez que veías que me iba rendir, por secar mis lágrimas y por sacarme un millón de sonrisas, gracias flaco. Todo lo puedo en Cristo que me fortalece. Filipenses 4:13 AGRADECIMIENTOS A la Universidad Autónoma de Baja California Sur. A mi director de tesis M. en I. Oscar Reséndiz Pacheco, por haberme brindado la oportunidad de trabajar con él, por creer en mí en todo momento , por todo su tiempo dedicado a mi formación profesional y personal, a su ayuda y guía en todo momento. A mis asesores Ing. Elizabeth Chávez Martínez y Dr. Federico Poujol Galván, por su apoyo incondicional, su paciencia y amistad, a pesar de sus numerosas actividades siempre encontré en ellos la disponibilidad de tiempo para mi asesoría personal y profesional. Al Dr. Alfredo Flores Irigollen, Ing. Ricardo Cavieses Núñez, Ing. José Saúl Hernández Rubio por su dedicación, apoyo y tiempo en dedicado a este trabajo, principalmente por su asesoría en la parte estadística mil gracias. Al Ing. Raúl Eduardo Romero Guardado, por tu amistad por tu tiempo y porque sé que siempre puedo contar contigo, por toda la colaboración brindada, durante la elaboración de este proyecto. Al Ing. Georgina Ramona Avilés Escobar por su colaboración en el desarrollo de este proyecto. Así mismo de manera muy especial Oliver Fabián Romero Guardado por sacarme más de una vez de apuros, en ese momento de desesperación encontré en ti una mano amiga muchas gracias. A todos mis maestros que de la carrera, con lo que siempre conté, por templar mi alma para las dificultades de la vida, por su paciencia ante mi juventud rebelde por llevar siempre su trabajo más allá de lo que es y brindarme su amistad en todo momento, porque son parte de mi formación profesional y personal. De una forma muy especial al Ing. Arely Margot Liera Castro, doy gracias a Dios por haberte puesto en mi camino, ya que fuiste tú la que me encamino a tomar la decisión de estudiar esta carrera, impulsaste uno de los sueños las más grandes de mi vida, gracias por toda tu paciencia por creer en mí y por brindarme tu amistad gracias. A mis compañeros de carrera, que día con día y me dieron su apoyo cuando lo necesite sin pedirme nada a cambio hicieron mi camino más agradable. A la Sra. Rosalba Urías López Por abrirme las puertas de su casa en todo momento brindarme su apoyo, y principalmente por su colaboración en este proyecto. De manera muy especial a todas las personas que se tomaron el tiempo para abrirme las puertas de su casa, sin ustedes este proyecto no hubiera sido posible, así mismo a las personas que se tomaron el tiempo para acudir a la casa bioclimática, alumnos, profesores y personal admirativo muchas gracias. A mi mama, papa y hermano que siempre me apoyaron económicamente y emocionalmente para poder realizar este trabajo, sé que no es fácil a veces tratar conmigo pero gracias por entenderme, consentirme y estar conmigo en todo momento los amo mucho. Y a todas las personas que en algún momento me dieron ánimos y fuerza para poder concluir este trabajo Dios los Bendiga. RESUMEN En el estado de Baja California Sur al igual que en otras regiones del país, las viviendas de interés social no están diseñadas adecuadamente para que los usuarios de las mismas soporten las elevadas temperaturas de la región, por lo tanto la sociedad se ve obligada usar diferentes tecnologías y recursos mecánicos para disminuir la sensación de incomodidad térmica. El objetivo de esta investigación es comparar los niveles de confort térmico de una casa bioclimática piloto con los de viviendas de interés social en La Paz Baja California Sur, con el fin de determinar el impacto de las estrategias bioclimáticas utilizadas en la habitabilidad de las viviendas de la región. Se definió un protocolo para el estudio de campo, con mediciones cuantitativas y cualitativas en las viviendas, para recabar información acerca del confort de los usuarios y de las variables que afecten al mismo. Se localizó una zona de estudio para viviendas de interés social, las cuales cuentan con menos de 50 m2. Apoyados en la estadística se calculó el tamaño de la muestra representativa de la población a las cuales se les aplicaron encuestas de confort térmico. Participaron 250 usuarios en viviendas convencionales y 250 usuarios en la vivienda bioclimática. A partir de las encuestas realizadas se creó una base de datos y se analizaron y compararon los resultados de sensación térmica de las mismas. Como resultado se obtuvo que hay diferencias en los niveles de confort. De acuerdo a un análisis no paramétrico realizado en este estudio, la casa bioclimática es térmicamente más confortable que las viviendas de interés social localizadas en el fraccionamiento Arcoíris III. El confort de la casa bioclimática es debido a su diseño arquitectónico ya que cuenta con mayor ventilación gracias a las múltiples estrategias que se aplicaron en la misma. INDICE 1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………… 1 2. ANTECEDENTES………………………………………………………………….. 2 3. JUSTIFICACIÓN…………………………………………………………………… 13 4. OBJETIVO………………………………………………………………………….. 14 4.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………………………… 14 5. FUNDAMENTO TEÓRICO………………………………………………………... 15 5.1. CONFORT TÉRMICO……………………………………………………….. 15 5.2. CONFORT LUMÍNICO………………………………………………………. 16 5.3. CONFORT ACÚSTICO……………………………………………………… 16 5.4. CONFORT OLFATIVO………………………………………………………. 16 5.5. CONFORT PSICOLÓGICO…………………………………………………. 17 5.6. AMBIENTE TÉRMICO………………………………………………………. 17 5.7. ESTRÉS TÉRMICO…………………………………………………………. 17 5.8. TERMORREGULACIÓN DEL CUERPO HUMANO……………………... 18 5.9. ESTIMACIÓN DEL NIVEL DE AISLACIÓN DE LA ROPA……………... 19 5.10. CLIMA………………………………………………………………………... 21 5.11. TEMPERATURA DEL AIRE………………………………………………. 21 5.12. TEMPERATURA RADIANTE MEDIA……………………………………. 21 5.13. HUMEDAD RELATIVA…………………………………………………….. 22 5.14. MOVIMIENTO DEL AIRE………………………………………………….. 22 5.15. RADIACIÓN SOLAR………………………………………………………. 22 5.16. MODELOS DE CONFORT………………………………………………… 23 5.16.1. PMV – PPD (FANGER 1970)………………………………………… 23 5.16.2. ET-DISC (ASHRAE) Y EL SET……………………………………… 26 5.16.3. 2-NODE…………………………………………………………………. 26 5.17. MODELOS CUALITATIVO Y LOS MODELOS DE ADAPTACIÓN. 27 5.17.1 PD………………………………………………………………………... 27 5.17.2. PS……………………………………………………………………….. 28 5.17.3. TS……………………………………………………………………... 29 5.18. MODELOS ADAPTATIVOS……………………………………………. 30 5.18.1. ITS…………………………………………………………………….. 30 5.18.2. ZONA DE CONFORT……………………………………………….. 31 6. METODOLOGÍA…………………………………………………………………. 33 6.1. IDENTIFICACIÓN DE LA POBLACIÓN………………………………... 33 6.2 VARIABLES A MEDIR……………………………………………………. 33 6.3. EQUIPO DE MEDICIÓN…………………………………………………. 33 6.4. CAPACITACIÓN EQUIPO DE TRABAJO…………………………….. 34 6.5. ENCUESTA……………………………………………………………….. 36 6.6. ZONA DE ESTUDIO……………………………………………………… 37 6.6.1 MACRO Y MICRO LOCALIZACIÓN DEL PREDIO ARCOÍRIS III 37 6.6.2 MACRO Y MICRO LOCALIZACIÓN DEL PREDIO DE LA CASA 38 BIOCLIMÁTICA………………………………………………………………. 6.7. TAMAÑO DE LA MUESTRA…………………………………………….. 40 6.8. SELECCIÓN DE VIVIENDAS Y MUESTREO…………………………. 40 6.9. CONSTRUCCIÓN DE LA BASE DE DATOS………………………….. 41 6.10. PRUEBAS ESTADÍSTICAS……………………………………………. 41 6.10.1. ANÁLISIS ESTADÍSTICOS COMPARATIVOS……………….... 42 6.10.2. ANÁLISIS A PRIORI………………………………………………… 42 6.10.3. PRUEBAS DE NORMALIDAD……………………………………... 42 6.10.4. PRUEBA DE SHAPIRO-WILK……………………………………… 43 2 6.10.5. PRUEBA DE D’AGOSTINO- PEARSON K ……………………… 44 6.10.6. PRUEBA DE KOLMOGÓROV- SMIRNOV……………………….. 44 6.10.7. PRUEBA NO PARAMÉTRICA……………………………………... 45 6.10.7. PRUEBA U DE MANN- WHITNEY………………………………… 45 7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN…………………………………………………. 48 7.1. TAMAÑO DE LA MUESTRA……………………………………………... 48 7.2. SELECCIÓN DE VIVIENDAS Y MUESTREO………………………….. 48 7.3. LA ENCUESTA…………………………………………………………….. 48 7.4 CONSTRUCCIÓN BASE DE DATOS……………………………………. 49 7.5 ANÁLISIS ESTADÍSTICOS COMPARATIVOS………………………… 49 7.6. ANÁLISIS A PRIORI………………………………………………………. 52 7.7. ANÁLISIS ESTADÍSTICO NO PARAMÉTRICO……………………….. 54 7.8. DIAGRAMA DE CAJA Y BIGOTE……………………………………….. 55 8. CONCLUSIONES………………………………………………………………… 57 9. RECOMENDACIONES………………………………………………………….. 58 10. BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………. 59 11. ANEXO………………………………………………………………………….. 62 1. INTRODUCCIÓN 1. INTRODUCCIÓN En el estado de Baja California Sur al igual que en otras regiones del país, las viviendas de interés social no están diseñadas adecuadamente para que los usuarios de las mismas soporten las elevadas temperaturas de la región; por lo tanto, la sociedad se ve obligada usar diferentes tecnologías y recursos mecánicos, para disminuir la sensación de incomodidad térmica. El confort térmico es un concepto que expresa el bienestar físico y psicológico de una persona cuando las condiciones de temperatura, humedad y movimiento del aire son favorables. El humano siempre ha buscado un ambiente térmicamente cómodo. Esto se ve reflejado en todas las construcciones del mundo ya que siempre vamos a buscar la manera de protegernos del frio, lluvia, viento o calor. El calor es una energía que no se ve pero que sentimos. En el caso de las viviendas esta energía llega desde el exterior a través de diversos medios, como la temperatura del aire y la radiación solar, lo cual puede ayudar o empeorar el confort térmico que se encuentra dentro de las viviendas. Es importante conocer el comportamiento térmico de las viviendas debido a que este influye en la salud y desempeño de sus habitantes. Un punto importante a considerar es el tipo de materiales que constituyen la envolvente de la vivienda ya que conforme a la transferencia de calor que estos permitan se puede controlar la influencia del clima exterior. 1 2. ANTECEDENTES 2. ANTECEDENTES Ruiz R. (2007) Presenta un estudio sobre las preferencias térmicas en usuarios que habitan en viviendas ventiladas naturalmente en la ciudad de Colima, en condiciones de un clima cálido subhúmedo. Observó que para esa localidad el rango de temperaturas en las que las personas sienten un confort se encuentra desde los 24°C a 31°C. Así mismo, observó que las personas que tienen más tiempo viviendo en la localidad se adaptan más rápido a los cambios de temperatura en las distintas estaciones del año. Ganem C. et al (2006) Presentan un diagnóstico cualitativo y cuantitativo del confort térmico en viviendas de medio patio en España, las cuales denotaron una falta de confort de 35 % en casos de verano y 50% en casos de invierno. Obtuvieron valores de temperatura para viviendas entre 11°C y 13 °C en invierno y entre 28°C y 29°C en verano. De acuerdo a los autores, el bajo confort radicaba en que las viviendas, pese a tener una orientación correcta, no presentan los mecanismos adecuados para la regulación ambiental de los espacios y el logro del confort interior. Como conclusión se pudieron definir las oportunidades de mejora mediante la rehabilitación de la envolvente arquitectónica. Herrera L. (2013) Presenta un estudio de campo en el cual determinó la temperatura de confort de habitantes de viviendas de bajo costo en dos ciudades de clima cálido- seco (Chihuahua y ciudad Juárez), con el fin de hacer propuestas para viviendas futuras. El estudio de campo lo llevó a cabo con el enfoque adaptativo de confort térmico y de acuerdo con los requerimientos de la ISO 10551(Ergonomía del ambiente térmico, evaluación de la influencia del ambiente térmico empleando escalas de juicio subjetivo.), aplicando el estudio a 531 habitantes. Analizó los resultados obtenidos mediante el método de intervalos promedios de sensación térmica (ISPT). Las encuestas realizadas en este estudio fueron aplicadas en cada ciudad en dos temporadas diferentes denominadas invierno (febrero) y verano (julio). La selección de las viviendas fue determinada 2 2. ANTECEDENTES junto con el Instituto de Vivienda de Chihuahua. Estas cuentan con una superficie inicial de construcción de 23.76 m2. Como resultados obtuvo que 53.42% de los votos de las personas encuestadas en la temporada de invierno se ubicaron dentro del rango de confort ajustado, mientras que el 83.56 % de los votos se encuentra dentro del rango de confort ampliado. En la temporada de verano el 44.72% de los votos está dentro del rango de confort ajustado, mientras que el 78.05% de los votos se ubica dentro de los parámetros del rango de confort amplio, mientras que para Ciudad Juárez, el 66.67 % de los votos de las personas encuestadas en invierno se ubica dentro del rango de confort ajustado, el 88.10 % de los votos se encuentra dentro del rango de confort amplio. En esta última ciudad en la temporada de verano el 65.44 % de los votos está dentro los rangos de confort ajustado y el 68.38 % dentro del rango de confort amplio. Como parte de sus propuestas establece que para el invierno es necesario el calentamiento convencional, el calentamiento solar, el uso de masa térmica, aislamiento térmico, control de la ventilación y humidificación mientras que para la temporada de verano propone el calentamiento solar por las mañanas, ventilación selectiva, enfriamiento convectivo nocturno, enfriamiento radiativo nocturno y enfriamiento evaporativo. Bojórquez G. et al (2010) Estudiaron la temperatura neutral y rangos de confort térmico para exteriores, período cálido en clima cálido seco, El estudio lo realizaron en un parque recreativo, dentro un periodo cálido en la ciudad de Mexicali B.C., por medio de una encuesta a 822 usuarios en el mes de julio y agosto del 2008 que estaba basada en la escala de sensaciones térmicas de ISO 10551 (Ergonomía del ambiente térmico, evaluación de la influencia del ambiente térmico empleando escalas de juicio subjetivo)., Así mismo, midieron factores como temperatura de bulbo seco, temperatura de globo, humedad relativa y velocidad de viento. También dentro del mismo estudio se estimaron temperatura neutra y rangos de confort con el método de medidas por intervalo de sensación térmica. El análisis se realizó para tres niveles de actividades: pasiva, moderada e intensa y combinado los tres niveles. Uno de los puntos importantes en el estudio 3 2. ANTECEDENTES fueron las variables meteorológicas y el efecto de las mismas en la sensación térmica percibida. Como resultados obtuvieron que en el periodo estudiado presenta un comportamiento de clima asimétrico. Debido a las condiciones extremas de calor no observaron sensaciones frías y por otro lado advirtieron la adaptación al periodo cálido por parte de los usuarios. Así mismo observaron una variación de la temperatura de confort entre un nivel de actividad y otro, debido a los niveles de arropamiento, periodicidad de la actividad y adaptación térmica y psicológica de los sujetos. La mayor variación en las sensaciones térmicas se presentó en la actividad moderada, debido a las distintas actividades y rangos de metabolismo global, con respecto a los rangos de confort térmico. El rango extenso más amplio se da en la actividad de nivel moderado, con similitud para las actividades pasivas, debido a que este tipo de actividades, presentan condiciones de variabilidad amplias en lo que respecta a la demanda metabólica, lo cual causa diferencias significativas en el nivel de adaptación de los sujetos. Los cambios de adaptación mayores ocurren en la actividad intensa. Como conclusión señalan que es importante el diseño de los espacios abiertos para el confort térmico en clima desértico. Huaylla F. (2010) Realizó una evaluación experimental de cambios constructivos para lograr confort térmico en una vivienda altoandina del Perú. El objetivo de su estudio fué permitir que por medio de estrategias constructivas se pudiera obtener una propuesta técnica que lograra que la temperatura al interior de las viviendas fuera más confortable, para lo cual seleccionó una vivienda en una zona rural típica (hecha básicamente de adobe) y realizó un diagnóstico térmico de la vivienda con un periodo de junio del 2008 hasta abril del 2009. Las variables a considerar fueron temperatura, humedad relativa, velocidad y dirección del viento y radiación solar; así mismo, se registraron las mismas variables dentro de la vivienda además de registrar temperaturas superficiales en paredes, techos, ventanas y suelos. Posteriormente utilizando el software EnergyPlus3.0., propuso y realizó las modificaciones constructivas, las cuales permitían el aprovechamiento de la energía solar para elevar la temperatura del ambiente. 4 2. ANTECEDENTES Dichas modificaciones se realizaron de mayo hasta agosto del 2009. Posteriormente se volvieron a registrar las condiciones térmicas de la vivienda. Como resultado se observó que la temperatura interior se incrementó al menos 6°C respecto a los mínimos de temperatura registrados en los mismos meses del 2008. Covarrubias M. (2012) Determinó estándares de confort térmico para personas que habitan en clima tropical sub – húmedo. Este estudio se basó en las personas que habitan en un clima tropical sub – húmedo. Posteriormente analizó los efectos de la humedad relativa sobre la temperatura de confort. Para esto tomo la región de Colima y para el proyecto aplicó encuestas y capacitó a las familias que participarían en el mismo. Las encuestas realizadas fueron hechas del 31 de octubre al 24 de diciembre del 2007. El número de familias encuestadas fue de 15, para un total de integrantes de 40 personas. El numeró de encuestas contestadas en ese lapso fue de 1373, con un promedio de dos a seis encuestas diarias contestadas por cada integrante de las diferentes familias. Como resultados obtuvo que para las personas que presentaron sensación térmica de “mucho calor” al momento de realizar la encuesta la temperatura osciló entre los 26.3°C y 30.71°, con una humedad relativa de 26.4% a 66%. Esto indica a juicio del autor que las personas que presentaron sensación de mucho calor al realizar la encuesta contaban con una humedad en el ambiente por debajo de la humedad considerada para estar en confort. Como conclusión demostró que a partir de un modelo adaptativo el confort térmico es el resultado de la interacción de un sujeto en relación con el espacio dentro del cual se encuentra. De esta manera indica que se debe de fomentar a la arquitectura sustentable aportando acciones que desaceleren el proceso de calentamiento global y que favorezcan al confort térmico del usuario. Molina C. et al (2012) Realizaron una evaluación de confort térmico en 10 edificios públicos de Chile en la temporada de invierno, para lo cual midieron variables ambientales de temperatura y realizaron encuestas de satisfacción, en 5 2. ANTECEDENTES las que obtuvieron el porcentaje de personas insatisfechas y voto medio previsto. Estos se compararon con las condiciones neutrales las cuales tomaron de las normas ISO7730 (la cual establece tres clases o categorías de calidad basadas en el equilibrio entre las posibilidades económicas y tecnológicas y el menor número de personas insatisfechas usuarias de dichos ambientes.) y ASHRAE55 (American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers por sus siglas en inglés). Este último es un estándar que establece los requisitos mínimos para los ambientes interiores térmicas aceptables. Establece también los rangos de las condiciones ambientales interiores que son aceptables para lograr el confort térmico de los ocupantes. Como resultados obtuvieron un bajo porcentaje de aceptabilidad ambiental, principalmente en 4 edificios que son escuelas públicas debido, de acuerdo con los autores, a la mala calidad del aire y a las bajas temperaturas. Las encuestas realizadas demostraron que el 80% de los usuarios prefieren ambientes más cálidos en invierno. Como conclusión manifiestan que esperan que este tipo de investigaciones vayan en aumento, ya que se necesitan edificios más confortables que mejoren la productividad y aceptación de los usuarios y así mejore su ambiente de trabajo. Guimaráes M. (2008) Estudió el confort térmico y la tipología arquitectónica en clima cálido-húmedo enfocado al análisis térmico de la cubierta ventilada. Dentro de su estudio realiza la comparación de diferentes casos de cubierta ventilada y de cubierta sin cama de aire, para calificarlas en cuanto a su eficiencia térmica en un clima cálido-húmedo, específicamente en la comunidad de Vitória, Brasil. Para llevar a cabo esto definió diferentes parámetros a medir los cuales pudieran a ayudarla a alcanzar resultados satisfactorios. Estos parámetros fueron: tipología del edificio (dimensiones y volumen), materiales constructivos de las paredes, suelo y aberturas, localización del edificio, orientación del edificio, datos climáticos (temperatura, humedad, dirección y velocidad del viento, y radiación solar). Como resultado obtuvo que la selección de los materiales es importante, ya que aquellos materiales con una baja conductividad térmica, presentan mejores resultados tanto en el forjado como para la selección de la cubierta, ya que en la cubierta es 6 2. ANTECEDENTES necesario buscar un material que pueda reflejar la radiación solar. Como conclusión añaden que se puede observar que las cubiertas ventiladas tienen un papel bastante importante en este tipo de climas, ya que además de cumplir con su función principal, que es la de proteger contra el sol y la lluvia, también ayudan a la disminución de la temperatura y por lo tanto a que el confort humano sea mayor. Torres J. (2010) Realizó un estudio de climatización considerando el ahorro de energía y el confort térmico de las personas en ambientes dedicados a tareas de oficina. Desarrolló para tal fin un modelo para el análisis de ventilación y control del clima de un ambiente de trabajo de baja intensidad (oficinistas), considerando el confort térmico de sus ocupantes, con ayuda de redes neuronales. Para la simulación del modelo completo del ambiente utilizó MATLAB Simulink. Con el voto medio previsto de los usuarios determino un punto medio de confort de todos los usuarios, y al diseño de un controlador de un equipo de climatización al cual se le incorpora el concepto de confort térmico, de tal forma que se mantuviera el mismo, dentro de un rango aceptable para la mayoría de los ocupantes del ambiente. Tomó parámetros personales de los usuarios como estimación de la tasa metabólica, estimación del nivel de aislación de la ropa, así como sexo, edad, ritmo circadiano, alimentación y parámetros físicos del ambiente. Así mismo tomó parámetros físicos como, temperatura del aire, temperatura radiante media, humedad, y velocidad del aire. Concluye que el ambiente térmico saludable colabora con sus ocupantes en el mejoramiento de la eficiencia en el desempeño de sus tareas y que con la implantación de las nuevas tecnologías y estrategias bioclimáticas, se alcanzan mejores respuestas de confort en comparación con el control convencional de temperatura. Resaltó que es de gran importancia la implantación de estrategias que ayuden al ahorro energía en este tipo de edificios. Godoy A. (2012) Realizó un estudio térmico adaptativo con aplicación en una edificación de España, analizando su comportamiento con los estándares 7 2. ANTECEDENTES internacionales ASHRAE 55. También utilizó el estándar ISO7730 (el cual establece tres clases o categorías de calidad basadas en el equilibrio entre las posibilidades económicas y tecnológicas y el menor número de personas insatisfechas usuarias de dichos ambientes.), para poder detectar qué modelos están presentes en estos estándares y compararlos con el modelo que se aplica actualmente en la normativa española. Los edificios en la base de datos fueron separados entre aquellos que tenían un sistema central de climatización y los ventilados naturalmente. El estudio consistió en el tratamiento por separado de edificios ventilados naturalmente y edificios con sistema de clima, tomando como unidad inicial de análisis cada edificio. Realizó estudios estadísticos que relacionaban diferentes factores como; temperatura media operativa interior, nivel de vestimenta, temperatura operativa media interior, velocidad media del aire interior, y temperatura media exterior. En ambos casos de estudio los cálculos se realizaron con la herramienta de simulación dinámica DesignBuilder. Realizó diferentes simulaciones optimizando los setpoints de ventilación y protección solar hasta obtener una temperatura adecuada, utilizando los mismos valores en todos los escenarios. El objetivo del trabajo era mantener la temperatura operativa dentro de la zona de confort la mayor cantidad de horas posibles. En los resultados obtenidos pudo observar diferencia en las horas en las que las diferentes zonas permanecen dentro de los márgenes de confort. Encontró que este tipo de casos prácticos ha demostrado que existe una gran diferencia entre la utilización de diferentes estándares de confort actuales. Gonzales E. et al (2009) Estudiaron el confort térmico en temperaturas neutrales en el trópico húmedo. Determinaron las temperaturas neutrales o de confort de personas acostumbradas a dos tipos de ambientes térmicos (aire acondicionado y ventilación natural), analizaron la respuesta de la sensación térmica de los usuarios y su relación con la temperatura del ambiente, la temperatura de globo y el voto medio predicho, y para ello emplearon los resultados de cinco estudios de campo, tres aplicados a personas con ambientes climatizados mecánicamente y dos a las personas con ventilación natural. Como resultados indican importantes 8 2. ANTECEDENTES diferencias entre las condiciones aceptadas por ambos grupos como confortables. Así mismo observaron divergencias entre la sensación térmica expresada por los usuarios y aquella que es resultado del cálculo del PMV (Voto medio estimado). Notaron que por otro lado, la relación entre la sensación térmica de las personas y la temperatura del aire es más estrecha en el caso de ambientes con aire acondicionado que en aquellos sin él, en los que se observa una mayor dispersión de las respuestas. Solís D. (2010) Realizó un estudio simulando seis viviendas económicas de 30 m2 con el programa DesignBuilder con una alta carga térmica interna ubicadas en el norte de México, una por cada estado fronterizo. Su objetivo fue cuantificar el efecto de orientación y del sombreado en el confort a través de un índice de confort térmico, para el caso de las viviendas que no contaban con una climatización, y el consumo de energía eléctrica para el caso de las viviendas que si contaban con ella. Como resultado obtuvo que las casas orientadas al Norte Sur tenían un consumo de energía 11% menor que las casas ubicadas en el Este Oeste. Así mismo observó que el sombreado total para las casas ubicadas con fachadas en el Norte – Sur proporcionó una reducción del 14%. Como conclusión señaló que la orientación sí afecta sensiblemente la necesidad de enfriamiento, y que el sombreado, aunque es una técnica útil, requiere ser total para poder ser eficiente. Cervantes J. et al (2010) Presentan una propuesta para un ajuste de escalas de sensación térmica en la comunidad de Xalapa, Veracruz, con el fin de que puedan ser aplicados en un futuro en ramas como la arquitectura bioclimática y planeación urbana entre otras. Obtuvieron los datos meteorológicos horarios del año 1999 del observatorio Meteorológico de la ciudad de Xalapa, calcularon el índice TE (temperatura efectiva propuestos por Missenard 1937) para los meses de enero, abril, julio y octubre. Utilizaron el concepto de termopreferendum el cual indica la temperatura preferente de las personas aclimatadas al sitio. Como resultados obtuvieron que el termopreferendum para la ciudad de Xalapa, es de 23.3°C y la 9 2. ANTECEDENTES amplitud del rango de confort fue de 4°C. La relación bidireccional que existe entre el cuerpo humano y la atmosfera es evidente. Este trabajo presenta dos índices térmicos sencillos que combinan a la temperatura con otra variable. Como conclusión llegan a que la temperatura efectiva TE puede ser aplicada a una ciudad de clima templado y después llevar acabo la estandarización, pues las sensaciones térmicas obtenidas son muy similares. La estandarización del termopreferendum considera de alguna manera la aclimatación de las personas al sitio de estudio, pues conlleva en su cálculo tanto la temperatura media como la oscilación térmica del lugar. Iturre A. (2013) Estudió las posibles mejoras del confort térmico en la vivienda de interés social en Colombia. Su análisis se basó en la evaluación del confort térmico mediante la integración de dos principios de interpretación térmica, con diferentes bases, enfoques y prescripciones metodológicas: el método “adaptativo” en el que se incluyeron factores fundamentales de la física y la fisiología, interactuando con la percepción térmica del individuo, que establece que las temperaturas térmicamente confortables son dependientes de las variaciones estacionales, geográficas y culturales y el método “estático”, en el que se consideró a la persona como receptor pasivo de estímulos térmicos, condicionado a una lógica determinista basada principalmente en los modelos de balance térmico. Las temperaturas de confort térmico en el caso de estudio se obtuvieron a partir de mediciones interiores de humedad relativa, velocidad del viento y temperatura. Los datos se correlacionaron con las temperaturas promedios mensuales del aire de los últimos 10 años, con las que logró determinar el confort térmico actual utilizando el índice de Fanger. Se determinó que las viviendas estudiadas presentan un alto porcentaje de disconfort térmico. Por otra parte realizó una encuesta que permitió medir la capacidad de adaptación de los individuos a las condiciones actuales de disconfort térmico. Con la información obtenida planteó estrategias urbanísticas y arquitectónicas de acondicionamiento pasivo. Como conclusión afirma que las viviendas no brindan el confort térmico interior a sus habitantes, considerando que la cantidad de calor que ingresa a las 10 2. ANTECEDENTES mismas es alta. Observa que la temperatura media radiante en ellas supera la temperatura del aire interior e incluso las del exterior en algunos momentos. Sin embargo, señala que con las condiciones térmicas actuales para esa localidad y los valores altos de humedad relativa (89% promedio anual) aunado a las bajas velocidades de viento (0,5 m/s promedio), los habitantes han logrado adaptarse lo suficiente, ya que manifiestan en ocasiones sensaciones de confort en ambientes en los que ellos tienen el control total de la incidencia de ventilación ya sea natural o mecánica mediante la utilización de ventiladores, adecuando los ambientes ligeramente más fríos mediante la implementación de estas estrategias. Jiménez E. (2008) Estudió estrategias de diseño para brindar confort térmico en vivienda en la ciudad de Loja. Estudió una casa promedio de la ciudad con sistema constructivo que consta de techo de zinc, paredes de ladrillo, pisos de cemento. Tomando las temperaturas interiores de la vivienda realizó un análisis en el cual especificaba variables extremas de temperatura a las que llega la vivienda. Una vez que obtuvo estos resultados propuso estrategias bioclimáticas para que la vivienda llegará a al confort deseado. Las estrategias a realizar fueron orientación de la vivienda, ventilación adecuada, materiales constructivos alternativos. De acuerdo a ese autor existen muchas posibilidades de concebir un proyecto bioclimático, pero las alternativas tal vez no tuvieron su evolución natural en el transcurso de los últimos años, como es el caso de los sistemas tradicionales, pero han demostrado tener un alta eficiencia en cuando a la optimización de los recursos y un gran potencial en cuanto a posibilidades dentro de la vivienda. Señala que las viviendas alargadas son una buena solución para una mayor ganancia de incidencia solar. Comenta que la aplicación de todos los factores analizados es el resultado de estas zonificaciones, la orientación este oeste, con sus respectivas variables, la disposición de las ventanas, y la inserción de un patio central, lo que para él demuestra que se puede hacer arquitectura contemporánea bioclimática utilizando sistemas tradicionales. Concluye que la condición de vivienda en muchos casos está ligada factores estéticos, a condiciones sociales, moda, pero que estas aplicaciones por el contrario, pretenden rescatar al máximo 11 2. ANTECEDENTES la condición humana, hacer más con menos, recordando que el fin de la arquitectura es crear espacios para la satisfacción de las necesidades humanas. Barrios G. et al (2010) Estudiaron diversos materiales para muros y techos para mejorar el confort térmico en edificaciones no climatizadas. Este estudio se llevó a cabo a partir de un modelo para la simulación numérica de la transferencia de calor dependiente del tiempo a través de un muro o techo de manera separada en una edificación no climatizada. Señalan que los resultados que se obtuvieron a partir de este modelo proporcionan una guía para la selección de materiales y configuraciones de la envolvente que ayudan a lograr condiciones de confort térmico al interior de edificaciones. Propusieron cuatro parámetros para evaluar el confort térmico al interior de una edificación, los cuales fueron el número de horas de confort al día, el índice de disconfort cálido, el índice de disconfort frio y el índice de disconfort. Concluyen que el índice de disconfort térmico es el más adecuado para guiar a la selección de materiales. Además, resaltan la importancia del color exterior del techo o muro en el comportamiento del confort térmico al interior de las edificaciones. 12 3. JUSTIFICACIÓN 3. JUSTIFICACIÓN En la actualidad existen nuevas tecnologías y recursos para disminuir la sensación de incomodidad térmica en los climas cálidos secos, pero no existe ningún tipo de estudio que verifique el grado de confort térmico dentro de las viviendas de interés social en La Paz B.C.S. Por otro lado las viviendas por lo general no están diseñadas para que los usuarios puedan soportar el clima de la región. De hecho, a menudo el sector vivienda no considera ningún tipo de estrategia arquitectónica para disminuir la incomodidad térmica de los usuarios. Fig.1. Vivienda típica de interés social (Fraccionamiento Arcoíris III). 13 4. OBJETIVO 4. OBJETIVO Comparar los niveles de confort térmico de una casa bioclimática piloto con los de viviendas de interés social en La Paz, con el fin de determinar el impacto de las estrategias bioclimáticas utilizadas en la habitabilidad de las viviendas de la región. 4.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1) Definir un protocolo para el estudio de campo con mediciones cuantitativas y cualitativas en las viviendas del confort de los usuarios y de las variables que afecten el mismo. 2) Definir la zona de estudio para viviendas que cuenten con menos de 50 m 2. 3) Crear una base de datos, a partir de los resultados de las encuestas. 4) Analizar y comparar los resultados sensación térmica en la vivienda bioclimática contra la vivienda convencional. 14 5. FUNDAMENTO TEÓRICO 5. FUNDAMENTO TEÓRICO 5.1. CONFORT TÉRMICO Es la condición de la mente en la que se expresa la satisfacción con el ambiente térmico. Es una definición que no se traslada fácilmente a parámetros físicos. Así mismo, encontramos una serie de factores internos que determinan el confort (raza, sexo, edad, características físicas y biológicas, salud física o mental, estado de ánimo, grado de actividad metabólica, etc.) y factores externos (grado de arropamiento, tipo y color de vestimenta, factores ambientales como el aire, temperatura radiante, humedad del aire, radiación, velocidad del viento, niveles lumínicos, niveles acústicos, calidad del aire, olores, ruidos, elementos visuales, etc.). Fig.2. El hombre y la interacción con el medio ambiente. 15 5. FUNDAMENTO TEÓRICO 5.2. CONFORT LUMÍNICO Se refiere a la percepción a través del sentido de la vista. Se hace notar que el confort lumínico difiere del confort visual, ya que el primero se refiere de manera preponderante a los aspectos físicos, fisiológicos y psicológicos con la luz, mientras que el segundo principalmente a los aspectos psicológicos relacionados con la percepción espacial de los objetos que rodean al individuo. 5.3. CONFORT ACÚSTICO Se refiere a la percepción que se da a través del sentido del oído, donde se incluyen, además de los factores acústicos los factores del ruido. Las fuentes sonoras están siempre presentes tanto en zonas urbanas como rulares, incluso en los lugares “silenciosos” como un campo abierto o una casa aislada. En sí, la existencia de sonidos es necesaria para la percepción del entorno; de hecho la ausencia total de sonidos puede afectar seriamente la salud física y mental del individuo. 5.4. CONFORT OLFATIVO Se refiere a la percepción a través del sentido del olfato. Aunque este tipo de confort pocas veces es considerado, este tiene dos vertientes de análisis, la primera referente a la utilización de olores agradables con el fin de producir una cierta sensación psicológica en el individuo y la segunda el manejo que se debe dar a los olores desagradables, aspecto directamente relacionado con la contaminación ambiental. 16 5. FUNDAMENTO TEÓRICO 5.5. CONFORT PSICOLÓGICO Se refiere a la percepción global que tiene el cerebro de toda la información sensorial que recibe del medio ambiente; esta es analizada y procesada en función de la información residente (conocimiento y experiencias) de tal forma que el individuo responderá de una u otra manera, expresando satisfacción o desagrado ante los estímulos ambientales. Evidentemente los aspectos psicológicos están involucrados en todos los medios de percepción descritos anteriormente además de muchos otros factores determinantes del comportamiento humano. Todos ellos interactúan entre sí estableciendo una red sumamente compleja. Es por ello que son analizados de manera independiente. 5.6. AMBIENTE TÉRMICO Se considera junto con otros factores como la calidad del aire, luz, y nivel de ruido. No se puede englobar el confort térmico refiriéndose sólo a la temperatura a la que el usuario esté expuesto y esté depende de muchos parámetros físicos. 5.7. ESTRÉS TÉRMICO El cuerpo humano mantiene una temperatura que fluctúa entre 36°C y 38°C. Cuando la temperatura del cuerpo sobrepasa este nivel, el cuerpo reacciona para eliminar del exceso de calor. Sin embargo, si el cuerpo sigue recibiendo calor en una cantidad mayor a la que puede eliminar, la temperatura corporal aumenta y la persona sufre estrés térmico. Los problemas de salud derivados del estrés térmico son conocidos como trastornos causados por calor. Este tipo de trastornos ocurren más a menudo cuando se está realizando trabajo físico arduo en ambientes calurosos y húmedos y cuando el cuerpo, como consecuencia, pierde demasiado fluido y sal en el sudor. 17 5. FUNDAMENTO TEÓRICO 5.8. TERMORREGULACIÓN DEL CUERPO HUMANO El hombre tiene un muy eficaz sistema regulador de temperatura que asegura que la temperatura del centro del cuerpo se mantenga en aproximadamente 37°C. Para ello necesita algunas respuestas fisiológicas proporcionales al desequilibrio. Está generalmente dado por hecho que las sensaciones térmicas son proporcionales a la magnitud de estas respuestas. Cuando la temperatura del cuerpo sube demasiado, se ponen en marcha dos procesos: primero la vasodilatación, aumentando el flujo de la sangre a través de la piel y como consecuencia el cuerpo comienza a sudar. Sudar es una herramienta refrescante eficaz, porque la energía requerida por el sudor para evaporarse se toma de la piel. Sólo unas décimas de grado de aumento de la temperatura del centro del cuerpo pueden estimular una producción de sudor que cuadruplica la pérdida de calor del cuerpo. Fig.3. Variación de la temperatura interna en función del entorno exterior. 18 5. FUNDAMENTO TEÓRICO 5.9. ESTIMACIÓN DEL NIVEL DE AISLACIÓN DE LA ROPA Un factor determinante, debido a sus propiedades de aislante térmico, es la vestimenta. Este es un importante modificador de la pérdida de calor y el confort. La aislación de la vestimenta se expresa en “CLO”. Las propiedades aislantes de las prendas de vestir son el resultado de las pequeñas bolsas de aire separadas unas de otras para evitar que el aire migre a través del material. En general, todas las prendas de vestir hacen uso de este principio. El aislamiento proporcionado por la ropa puede ser determinado por una variedad de medios y, si se dispone de datos precisos de otras fuentes tales como la medición térmica con maniquíes, estos datos podrán ser utilizados. Cuando esa información no se encuentra disponible, el estándar provee tres métodos para estimar la aislación de la vestimenta. Vale la pena aclarar que este estándar no podrá ser utilizado para aislación mayor a 1.5 [clo] o con vestimentas altamente impermeables al transporte de humedad (por ejemplo, la ropa de protección química). En la norma ISO 7730 (la cual establece tres clases o categorías de calidad basadas en el equilibrio entre las posibilidades económicas y tecnológicas y el menor número de personas insatisfechas usuarias de dichos ambientes.) se muestran una serie de factores, para una gran variedad de tipos de vestimenta. La tabla siguiente presenta una breve información, para tipos de vestimenta comunes. 19 5. FUNDAMENTO TEÓRICO Tabla N° 1 Factor de vestimenta. Tipo de vestimenta Factor de vestimenta, [clo] Desnudo 0 Shorts 0.1 Ropa ligera de verano (pantalones largos, camisa de cuello abierto con mangas cortas) 0.5 Conjunto de trabajo ligero (calzoncillos, calcetines de lana, camisa de algodón, pantalones de trabajo) 0.6 Traje típico de negocios 1.0 Traje típico de negocios + Saco de algodón 1.5 Ropa ligera para deportes al aire libre (Camisa del algodón, pantalones, Camiseta, shorts, calcetines, zapatos, chaqueta sencilla de popelina) 0.9 Juego europeo tradicional de negocio, pesado 1.5 Fig.4. Cálculo del Clo según la vestimenta. 20 5. FUNDAMENTO TEÓRICO 5.10. CLIMA Se comprende por clima el conjunto de los valores promedios de las condiciones atmosféricas que caracterizan una región. Estos valores promedio se obtienen con la recopilación de la información meteorológica durante un periodo de tiempo suficientemente largo. Según se refiera al mundo, a una zona o región, o a una localidad concreta, se habla de clima global, zonal, regional o local (microclima), respectivamente. 5.11. TEMPERATURA DEL AIRE La temperatura del aire, tomada al instante, puede variar dependiendo de la localidad donde se mide, si la lectura es tomada a sombra o en el sol, de si el suelo de la localidad contiene hierba o pavimentado, etc. En una lectura general, medida por las estaciones meteorológicas y sobre condiciones predeterminadas, la variación de la temperatura diurna depende del estado del cielo. En días despejados, la gran cantidad de radiación solar recibida y la libre expansión de la misma originan amplio margen de variación térmica, mientras que en días nublados, dicho margen es inferior. Los días de verano son más calientes, mientras que inviernos con días en las mismas condiciones, generalmente son más fríos que con días nublados. 5.12. TEMPERATURA RADIANTE MEDIA Se define de la siguiente manera: si todas las superficies de un entorno estuviesen uniformemente a la misma temperatura, se produciría el mismo equilibrio de calor radiante neto que el entorno considerado con diversas temperaturas superficiales. Medir la temperatura de todas las superficies de la habitación lleva bastante tiempo y conlleva además el complicado cálculo de los factores del ángulo correspondiente. Por eso el uso de la temperatura radiante media se sustituiría por el cálculo de esta si es posible. Podría usarse la temperatura de globo, la 21 5. FUNDAMENTO TEÓRICO temperatura del aire en un punto como la entrada para el cálculo de la temperatura radiante media. La cantidad que resulta es, sin embargo, dudosa en parte, porque el factor del ángulo entre el globo y las superficies en un cuerpo es diferente al de aquél entre una persona y las mismas superficies, y en parte, debido a la incertidumbre del coeficiente de transferencia de calor por convección del globo. 5.13. HUMEDAD RELATIVA La Humedad relativa del aire es una indicación directa del potencial de evaporación, de la cantidad de vapor de agua presente en el aire. Debe considerarse en conjunto con la temperatura del aire. Es decir, mayor temperatura y mayor humedad del aire producen más sensación de calor. 5.14. MOVIMIENTO DEL AIRE El movimiento del aire no modifica la temperatura, pero provoca una sensación de frescor debida a la pérdida de calor por convección y aumento de la evaporación del cuerpo. Resulta que cada 0,3 m/s de velocidad del aire viene a equivaler al descenso de 1°C en la sensación térmica de una persona. 5.15. RADIACIÓN SOLAR La importancia de la radiación para el confort térmico es mucho mayor de lo que pensamos. Las sensaciones térmicas, en realidad, provienen de efectos radiantes y afectan el hombre, dado a que la mitad de los intercambios de energía del cuerpo humano con el ambiente se realizan por radiación. 22 5. FUNDAMENTO TEÓRICO 5.16. MODELOS DE CONFORT Diversos autores han trabajado con distintos modelos de confort. A continuación se citan algunos de ellos. 5.16.1. PMV – PPD (Fanger 1970) Representa el “voto medio previsto” (en la escala de sensación térmica) de un grupo de personas expuestas a cierto ambiente. Este método se deriva de la física de transferencia de calor combinada con una adaptación empírica para la sensación. El PMV establece una tensión térmica basada en la trasferencia de calor en estado estacionario entre el cuerpo y el ambiente. Asigna un voto de confort a esa cantidad de tensión. PPD es el porcentaje previsto de personas insatisfechas en cada PMV. Como el PMV cambia siempre de cero a cualquier dirección positiva o negativa, el PPD incrementa. El PMV para el confort térmico es un modelo que se aplica en estado estacionario. Es una ecuación empírica para predecir el voto medio en una escala de valores de tipo ordinal de confort térmico de un grupo de personas. La ecuación usa un balance térmico en estado estacionario para el cuerpo humano y asume un vínculo entre la desviación de acumulación mínima en el mecanismo ejecutor del balance térmico, por ejemplo, sudoración y el voto de confort térmico. 23 5. FUNDAMENTO TEÓRICO Fig.5. Grafica PMV-PPD, Fanger. Este modelo (PMV) solo se aplica a humanos expuestos a un largo periodo en condiciones constantes y con una tasa metabólica constante. La conservación de la energía conduce a la ecuación número uno de balance térmico. (1) Dónde: H = Producción Interna de calor. Ed = Pérdidas de calor por la difusión de vapor de agua por la piel. Esw = Pérdidas de calor debidas a la sudoración. Ere = Pérdidas de calor latente debidas a la respiración. 24 5. FUNDAMENTO TEÓRICO L = Pérdidas de calor por respiración seca. R = Pérdidas de calor por radicación de la superficie del cuerpo vestido. C = Pérdidas de calor por convección de la superficie del cuerpo vestido. La ecuación se extiende al sustituir cada componente con una función derivada de la física básica. Todas las funciones tienen valores mensurables con excepción de la temperatura superficial de la vestimenta y el coeficiente de transferencia de calor por convección los cuales están en función uno del otro. Para resolver la ecuación, un valor inicial de temperatura de la ropa es estimado el coeficiente de transferencia de calor por convección es calculado, una nueva temperatura de la ropa calculada etc., por interacción, hasta que ambos son conocidos en un grado satisfactorio. Si se asume que el cuerpo no está en un balance térmico, se describe la ecuación numero dos como: (2) Dónde: Lo = Acumulación térmica en el cuerpo H = Producción Interna de calor. Ed = Pérdidas de calor por la difusión de vapor de agua por la piel. Esw = Pérdidas de calor debidas a la sudoración. Ere = Pérdidas de calor latente debidas a la respiración. L = Pérdidas de calor por respiración seca. R = Pérdidas de calor por radicación de la superficie del cuerpo vestido. C = Pérdidas de calor por convección de la superficie del cuerpo vestido 25 5. FUNDAMENTO TEÓRICO La mayor limitación del modelo PMV es la restricción explicita de la temperatura de la piel y la pérdida de calor por evaporación en valores de confort y sensación “neutral” en un nivel dado de actividad. 5.16.2. ET-DISC (ASHRAE) y el set Otros modelos son el ET-DISC (ASHRAE) que significa Effective temperature y el SET (Nishi , Gagge, 1977) Standard Effective Temperature. El primero representa al ser humano como dos cilindros concéntricos, un cilindro central y un cilindro delgado a manera de piel alrededor del primero. Se supone que la vestimenta y el sudor se distribuyen uniformemente sobre la superficie de la piel. En el momento “cero”, el cilindro es expuesto a un ambiente uniforme, y el modelo produce minuto a minuto simulaciones del sistema termorregulador humano. Después de que el periodo de tiempo especificado para el usuario se ha cumplido, la temperatura final de superficie y la superficie de piel humedecida del cilindro son usadas para calcular ET, SET, y otros índices. ET es la temperatura de un ambiente con 50% HR en el que una persona experimenta la misma cantidad de pérdidas que el ambiente actual (Chávez, 2002). El segundo modelo (SET) representa numéricamente la tensión térmica experimentada por el cilindro relativo a una persona estándar en un ambiente estándar. El SET tiene la ventaja de permitir comparaciones térmicas entre ambientes con cualquier combinación de las variables físicas introducidas, pero la desventaja de requerir personas “estándar”. 5.16.3. 2-NODE Basado en un estudio de laboratorio con sujetos, fueron desarrolladas funciones empíricas entre dos índices de confort, la temperatura de piel y de piel humedecida. Estas funciones (ambas lineales) son usadas en el modelo 2-Node para producir valores predichos de los votos de personas expuestas a las mismas condiciones que el cilindro 26 5. FUNDAMENTO TEÓRICO El modelo “2-Node” determina el flujo de calor entre el ambiente, las áreas de piel y núcleo del cuerpo en principio de minuto a minuto. Comenzando de una condición inicial de 0 en correlación con el tiempo, el modelo interactúa hasta que el equilibrio ha sido alcanzado (60 minutos es un tiempo típico). La temperatura de piel media final y humedad de la piel también está asociada con una temperatura efectiva. El modelo “2-Node” fue introducido en 1970 específicamente para formular una escala nueva de temperatura efectiva. El propósito fue determinar combinaciones particulares de condiciones físicas que producen igual tensión fisiológica. Se apoya en un gran número de datos de experimentos en cámara climática. Se determinó que mientras la temperatura de piel es un buen indicador de la sensación de confort térmico en ambientes fríos, la humedad de la piel es muy buen indicador en ambientes cálidos donde el sudor se produce porque los cambios de temperatura de la piel son pequeños. 5.17. MODELOS CUALITATIVO Y LOS MODELOS DE ADAPTACIÓN Aparte de los modelos de confort térmico descritos anteriormente, hay muchos más modelos teóricos, así como deterministas y empíricos. Algunos modelos empíricos con aplicaciones para el diseño de edificios y/o ingeniería ambiental están bosquejados a continuación. 5.17.1 PD PD o “Porcentaje de insatisfacción debido al movimiento del aire” es un ajuste a los datos de personas que expresan disconfort térmico debido a las corrientes de aire. Los datos a introducir para el PD son: temperatura del aire, velocidad del aire, e intensidad de la turbulencia. PS es una adecuación de los datos de personas confortables eligiendo niveles de velocidad del aire. Los datos para el PS son temperatura operativa y velocidad del aire. TS es un ajuste de los datos de 27 5. FUNDAMENTO TEÓRICO sensación térmica como una función lineal de la temperatura del aire y la presión de vapor parcial. Una corriente de aire es un enfriamiento local no deseado. La fórmula de riesgo de corriente de aire se presenta en la ecuación número tres. ( )( ) ( ) (3) Dónde: Tu : Es la intensidad de turbulencia expresada como un porcentaje. = representa el flujo laminar y 100% significa que la desviación estándar de la velocidad del aire sobre un cierto periodo es del mismo orden de magnitud que la velocidad del aire media. V : Velocidad del aire (en metros por segundo). Ta : Temperatura del aire en grados Celsius. La ecuación PD se origina de dos estudios en los cuales 100 personas estuvieron expuestas a varias combinaciones de temperatura del aire, velocidad del aire, e intensidad de turbulencia. De cada combinación de condiciones, la gente fue cuestionada sobre si sentía una corriente de aire. PD representa el porcentaje de sujetos que votaron que ellos sentían una corriente de aire en las condiciones elegidas. 5.17.2. PS La ecuación del PS (Presión Estática) predice la velocidad del aire que puede ser elegida por la persona expuesta a cierta temperatura del aire cuando la persona tiene control de la fuente de velocidad del aire. La fórmula del PS (Presión Estática) se presenta en la ecuación número cuatro. 28 5. FUNDAMENTO TEÓRICO ( ) ( ) (4) Dónde: Top : Temperatura operativa (en grados Celsius). V : Velocidad del aire en metros por segundo. La ecuación del PS proviene de un estudio en el que 50 personas fueron cuestionadas sobre el ajustar una fuente de velocidad del aire como ellos prefirieran cuando se exponen a una temperatura del aire específica. PS representa el porcentaje acumulativo de gente que elige una velocidad del aire particular a las temperaturas específicas probadas en el experimento. 5.17.3. TS El TS es una ecuación que predice el voto de sensación térmica usando una función lineal de la temperatura del aire y la presión parcial de vapor. La fórmula del TS se representa en la ecuación número cinco. (5) Dónde: Ta : es la temperatura del aire en grados Celsius. P : es la presión parcial de vapor en kilo-Pascales. 29 5. FUNDAMENTO TEÓRICO 5.18. MODELOS ADAPTATIVOS Los modelos adaptativos incluyen en cierta manera las variaciones en el clima exterior para determinar las preferencias térmicas en el interior. Por lo contrario, los índices de confort térmico anteriores fueron establecidos por medio de estudios en cámaras controladas, con personas jóvenes, en reposo y de origen norteamericano o europeo. Así que se estableció con esto valores óptimos que han sido aceptados para aplicarlos a todas las personas. Fanger afirmó que su ecuación de confort y el índice PMV (voto medio predicho) son válidos para todos los humanos y que las preferencias térmicas eran iguales a pesar de la ubicación geográfica y el clima. No obstante, investigaciones de campo, usando personas reales realizando actividades reales en ambientes interiores reales han producido observaciones que sugieren que las preferencias térmicas de las personas también tienen una componente geográfica. 5.18.1. ITS ITS (índice de estrés térmico, Givoni 1963) es un modelo biofísico que describe el mecanismo de intercambio de calor entre el cuerpo y el ambiente, de lo que se puede calcular el estrés total del cuerpo. Este modelo está basado en la suposición de que en el rango de condiciones en las que es posible mantener un equilibrio térmico, el sudor se secreta a una tasa suficiente para obtener el enfriamiento evaporativo requerido para balancear la producción de calor por metabolismo y el intercambio de calor con el ambiente. La relación entre la secreción de sudor y el enfriamiento evaporativo requerido define la eficiencia de enfriamiento de la sudoración. Cuando hay una reducción de la eficiencia de enfriamiento de la sudoración, el cuerpo secreta sudor a una tasa lo suficientemente alta que es equivalente al calor latente del enfriamiento requerido, con objeto de obtener el enfriamiento necesario pese a la reducción de la eficiencia mostrada en la ecuación número seis. 30 5. FUNDAMENTO TEÓRICO ,( ) -. / (6) Dónde: S = Tasa de sudoración requerida, en kcal/h. M = Tasa de metabolismo, en kcal/h. W = Trabajo mecánico por unidad de tiempo. C = Intercambio de calor por convección, kcal/h. R = Intercambio de calor por radiación, kcal/h. F = Eficiencia de enfriamiento por sudoración, adimensional. 5.18.2. ZONA DE CONFORT Olgyay (1963) define una zona de confort entre los 21.1°C y los 27.5°C aproximadamente y entre 30% y 65% de humedad relativa que puede ser ampliada para zonas con baja y alta humedad, también tiene una variación para el invierno, y da una relación para corregir la gráfica con respecto a latitudes menores de 40°C. Esta gráfica es aplicable directamente solo para habitantes de la zona templada de Estados Unidos, en altitudes cercanas a los 1000 metros, en interiores con vestimenta normal y con actividad sedentaria. En esta gráfica también se indican las correcciones a realizar en ambiente para llevarlo a la zona de confort (Figura 6) 31 5. FUNDAMENTO TEÓRICO Fig.6. Carta bioclimática, Víctor Olgyay. 32 6. METODOLOGÍA 6. METODOLOGÍA 6.1. IDENTIFICACIÓN DE LA POBLACIÓN Se acudió a diferentes instancias gubernamentales para recabar información acerca de las viviendas de interés social en nuestra localidad La Paz B.C.S.; sin embargo, el tipo de información que se requería no se encontraba disponible, por lo tanto se recurrió a una de las empresas inmobiliarias más grandes del estado (DECOPE), la cual nos proporcionó información sobre el conjunto habitacional Arcoíris III, el cual reúne las características de una vivienda de interés social. Con base en información proporcionada por la inmobiliaria, así como con la corroboración mediante un conteo físico de las viviendas en el conjunto habitacional antes mencionado, se determinó que la población total es de 712 viviendas. 6.2 VARIABLES A MEDIR En este estudio se midieron diferentes parámetros para poder predecir el estado de confort de los usuarios. Estos parámetros fueron medidos cuantitativa y cualitativamente, por medio de instrumentación especializada. Dichas variables fueron las siguientes: Sensación térmica. Preferencias de temperatura. Preferencias de ventilación. Aceptación Personal al ambiente. 6.3. EQUIPO DE MEDICIÓN La instrumentación que se utilizó en este estudio fue un equipo de estrés térmico para interiores Modelo QUESTemp°36 (Figura 7). Este cuenta con sensores de 33 6. METODOLOGÍA temperatura de bulbo seco, bulbo húmedo, humedad relativa, temperatura de globo y anemómetro omnidireccional, el cual permite medir la velocidad del aire sin importar la dirección que este tenga. Fig.7. Equipo de estrés térmico QUESTemp° 36. 6.4. CAPACITACIÓN EQUIPO DE TRABAJO La capacitación consistió en el armado y uso adecuado del equipo de medición como se observa en las Figuras 8 y 9. El personal de trabajo estuvo compuesto por alumnos de la Universidad Autónoma de Baja California Sur de la carrera de Ingeniería en Fuentes de Energía Renovables, a los cuales además de las instrucciones del uso adecuado del equipo se les mencionaron consideraciones importantes las cuales se describen a continuación: El equipo debe estar colocado a una altura de 80 cm. ayudados de un tripié. Los usuarios deberán permanecer sentados durante el transcurso de la entrevista. 34 6. METODOLOGÍA El equipo deberá estar alejado de obstrucciones de fuentes de calor o flujos de aire artificiales. Se deberá evitar pararse cerca del equipo durante la encuesta. Es necesario revisar constantemente el recipiente de bulbo húmedo, el cual siempre deberá estar lleno con agua destilada, procurando también que la mecha siempre esté húmeda y limpia. Una vez encendido el equipo, deberán transcurrir al menos diez minutos antes de empezar la encuesta para que los termómetros estabilicen su lectura. Fig.8. Capacitación equipo de trabajo. 35 6. METODOLOGÍA Fig.9. Montaje de equipo y pruebas parciales. 6.5. ENCUESTA Esta se divide en seis grupos: I. Datos generales. II. Datos temporales. III. Información de la vivienda. IV. Información del habitante. V. Información sobre la percepción del ambiente interior de la vivienda VI. Datos de monitoreo físico. La encuesta que se aplicó para este trabajo fue la misma que se utilizó en el proyecto titulado: “Confort Térmico y Ahorro de Energía en la Vivienda Económica en México, Regiones de Clima cálido Seco y Húmedo clave “CONAFOVI – 20001-20” (Anexo 1). 36 6. METODOLOGÍA 6.6. ZONA DE ESTUDIO 6.6.1 MACRO Y MICRO LOCALIZACIÓN DEL PREDIO ARCOÍRIS III La colonia Arcoíris III está ubicada al sur del municipio de La Paz, B.C.S. en el predio San Antonio del Zacatal Carretera a Cabo San Lucas como se observa en las figuras 10 y 11. Fig.10. Macro Localización Colonia Arcoíris III. Fig. 11. Micro localización colonia Arcoíris III. 37 6. METODOLOGÍA 6.6.2 MACRO Y MICRO LOCALIZACIÓN DEL PREDIO DE LA CASA BIOCLIMÁTICA El predio se encuentra en el estado de Baja California Sur en la ciudad capital de la Paz, dentro de las instalaciones de la Universidad Autónoma de Baja California Sur, donde en las Figuras 12 y 13 se detalla la macro y micro localización donde se encuentra el predio. En la figura 14 se observa la construcción de la vivienda bioclimática la cual tiene dirección carretera al sur Km. 5.5 colonia el Mezquitito C.P. 23080. Fig.12. Macro Localización casa bioclimática. 38 6. METODOLOGÍA Fig.13. Micro Localización casa bioclimática. Fig.14. Casa bioclimática. 39 6. METODOLOGÍA 6.7. TAMAÑO DE LA MUESTRA La población a estudiar ubicada en la colonia Arcoíris III, cuenta con 712 viviendas, las cuales están divididas en 57 manzanas, el tamaño de muestra de dicha población se obtuvo a partir de la ecuación número 7. n= ( ) (7) Dónde: n = El tamaño de la muestra. N = Tamaño de la población. σ = Desviación estándar de la población, que generalmente cuando no se tiene su valor, suele utilizarse un valor constante de 0.5. Z = Valor obtenido mediante niveles de confianza. Es un valor constante que, si no se tiene su valor, se toma en relación al 95% de confianza que equivale a 1.96 (como más usual) o en relación al 99% de confianza que equivale a 2.58, valor que queda a criterio del investigador. e = Límite aceptable de error muestral, que generalmente cuando no se tiene su valor, suele utilizarse un valor que varía entre el 1% (0.01) y 9% (0.09), valor que queda a criterio del encuestador. 6.8. SELECCIÓN DE VIVIENDAS Y MUESTREO Una vez obtenido el tamaño de la muestra a ser encuestada, se procedió a hacer un muestreo aleatorio simple sin reemplazo. De acuerdo a este esquema de muestreo, se seleccionaron unidades de la población sin reponer los elementos observados, de tal modo que todas las unidades tienen la misma probabilidad de selección y todas las muestras son equiprobables. 40 6. METODOLOGÍA La selección de las viviendas a encuestar se llevó a cabo en una hoja de cálculo de Excel, por medio de la función ALEATORIO que aunque no es exactamente aleatoria se genera una secuencia de valores entre 0 y 1 mediante un algoritmo que depende de la hora proporcionada por el reloj del sistema, por ello puede considerarse impredecible y por tanto aleatoria. La colonia encuestada cuenta con 57 manzanas, y 712 viviendas, que por medio de la función antes mencionada se seleccionó la muestra representativa que cuenta con 250 viviendas aleatoriamente dentro del conjunto habitacional. Las encuestas fueron aplicadas simultáneamente, tanto en la casa bioclimática como en el fraccionamiento arcoíris III, con el mismo rango de horario para aplicar las mismas. La aplicación de las encuestas se llevó a cabo del 20 de Octubre al 21 de Noviembre del 2014. 6.9. CONSTRUCCIÓN DE LA BASE DE DATOS La captura de datos se llevó a cabo en el programa ACCESS el cual es una herramienta fácil de manejar, ofrece varias opciones para crear apartados, como tablas para almacenar datos generales (edad, peso, fecha etc.,) consultas para buscar y recuperar únicamente datos que se necesiten, formularios para ver, agregar y actualizar los datos de las tablas, e informes para analizar o imprimir los datos con un diseño especifico. 6.10. PRUEBAS ESTADÍSTICAS Dado a que este estudio está basado en la opinión personal de los usuarios, se realizaron varios análisis estadísticos los cuales se describirán a continuación. 41 6. METODOLOGÍA 6.10.1. ANÁLISIS ESTADÍSTICOS COMPARATIVOS Este tipo de análisis describen y resumen, las observaciones obtenidas de la aplicación de las encuestas, presentado los resultados en forma de histogramas de frecuencia que permiten observar las preferencias de los usuarios, y así mismo comparar ambos ambientes. 6.10.2. ANÁLISIS A PRIORI Este tipo de análisis se aplicó para definir si ambas muestras cumplían con los tres supuestos para aplicación de un ANOVA (Análisis de Varianza). 1.- Normalidad: las puntuaciones de los diversos grupos en la variable dependiente (VD) se deben distribuir normalmente, lo que implica que son muestras representativas de poblaciones con distribución normal en esa VD. El ANOVA es robusto al incumplimiento de este supuesto. 2.- Homocedasticidad: las varianzas poblacionales de los diversos grupos en la VD han de ser homogéneas (iguales), lo que implica que también lo sean las varianzas muéstrales. 3.- Independencia de la observaciones: las puntuaciones de los diversos grupos en la VD han de ser independientes, lo que asegura que la razón entre la varianza debida al efecto de la(s) VI(s) y la varianza debida al efecto del error, siga una distribución F. 6.10.3. PRUEBAS DE NORMALIDAD Cuando los datos resultan de un proceso de medición o conteo (variables cuantitativas), es necesario comprobar antes de cualquier análisis estadístico, si la variable aleatoria estudiada sigue el modelo normal de distribución de probabilidades. En el caso que los datos se ajustan a una distribución normal se 42 6. METODOLOGÍA les puede aplicar los métodos estadísticos denominados paramétricos. Así se denominan aquellos métodos cuya aplicación depende del cumplimiento de algunos supuestos sobre las propiedades de la población de datos. En caso que los datos a estudiar no cumplan con el supuesto de normalidad se recomienda usar métodos no paramétricos para analizar los datos. 6.10.4. PRUEBA DE SHAPIRO-WILK Esta Prueba de normalidad, fue desarrollada por Shapiro and Wilk (1965). Nos informa de si una hipótesis planteada es válida o no. La hipótesis nula es que la muestra se distribuye normalmente. La prueba de Shapiro-Wilk consiste en calcular la estadística de prueba W suponiendo que la muestra aleatoria proviene de una distribución normal. La estadística W está dada por la formula número 8. (∑ ∑ ( ( )) .∑ ) ( ( ( ) ( ) )/ (8) ) Dónde: a n-i +1 = Cuantiles esperados de xi. x (n-i+1) = Dato mayor de la muestra ordenada. x (i) = Dato menor de la muestra ordenada. x = Dato de la muestra ordenada. n = Tamaño de la muestra. 43 6. METODOLOGÍA 6.10.5. PRUEBA DE D’AGOSTINO- PEARSON K2 Este estadístico, desarrollado en 1973, compara un estimador lineal de la desviación estándar en el caso de una distribución normal, con la desviación muestral. La hipótesis nula de la normalidad de la población es probada a partir del siguiente formula número 9. (9) Dónde: Z2g1 y Z2 g2 son estadísticos correspondientes a la simetría (g1) y curtosis (g2) respectivamente. La significancia de K2 es determinada mediante su aproximación a la distribución chi-cuadrada, χ2, con dos grados de libertad (En el caso particular de esta prueba lo grados de libertad se mantendrán constantes. De acuerdo con D’Agostino esta prueba trabaja bien con muestras con n ≥ 20. 6.10.6. PRUEBA DE KOLMOGÓROV- SMIRNOV La prueba de Kolmogórov-Smirnov para una muestra es un procedimiento de "bondad de ajuste", que permite medir el grado de concordancia existente entre la distribución de un conjunto de datos y una distribución teórica específica. Su objetivo es señalar si los datos provienen de una población que tiene la distribución teórica especificada, es decir, contrasta si las observaciones podrían razonablemente proceder de la distribución especificada y esta es probada a partir del siguiente formula número 10. , ( ) ( )- (10) Siendo Fn(x) la función de distribución muestral y F0(x) la función teórica o correspondiente a la población normal especificada en la hipótesis nula. 44 6. METODOLOGÍA 6.10.7. PRUEBA NO PARAMÉTRICA Este tipo de prueba se basa en un modelo que especifica sólo condiciones muy generales y ninguna acerca de la forma específica de la distribución de la cual fue obtenida la muestra. Es decir la muestra no respeta la normalidad. También se pueden referir a ella como pruebas de distribución libre. En su clasificación se han supuesto dimensiones relacionadas con el número de muestras y la relación o independencia entre esas muestras tal y como indica la Tabla 4. Tabla N°4: Resumen de las principales pruebas estadísticas no paramétricas Variable Una muestra Muestras Muestras Dependiente (bondad de relacionadas independientes ajuste) Nominal Binomial 2 >2 2 >2 Muestras muestra muestra muestra s s s McNermar Cochran _ _ Chicuadrado Rachas Ordinal/interval Kolmogorov Signos Fredman U de Mediana o - Smirnov Wilconxo Kendall mann- Kruskal- Whitney Wallis n 6.10.7. PRUEBA U DE MANN- WHITNEY Busca verificar si los elementos de dos grupos clasificados por orden creciente sobre una misma escala ordinal, ocupan posiciones o rangos equivalentes, que nos permitan ver si hay similitud entre las distribuciones. Este test se basa en la variable U de Mann-Whitney. Consiste en primer lugar en clasificar los elementos de dos muestras por orden creciente o decreciente, después en calcular U y U’ que corresponden al número de veces que un elemento del 2° grupo antecede a 45 6. METODOLOGÍA un elemento del 1er grupo y viceversa. Es, de hecho, la versión no paramétrica de la habitual prueba t de Student. Fue propuesto inicialmente en 1945 por Frank Wilcoxon para muestras de igual tamaño y extendido a muestras de tamaño arbitrario por Henry B. Mann y D. R. Whitney en 1947. Para calcular el estadístico U se asigna a cada uno de los valores de las dos muestras un rango para su construcción. Para calcularlo se utilizaron las siguientes ecuaciones 11 y 12. * ( ) + (11) * ( ) + (12) Donde n1 y n2 son los tamaños respectivos de cada muestra; R1 y R2 son las sumas de los rangos de las observaciones de las muestras 1 y 2 respectivamente. El estadístico U se define como el mínimo de U1 y U2. Los cálculos tienen que tener en cuenta la presencia de observaciones idénticas a la hora de ordenarlas. No obstante, si su número es pequeño, se puede ignorar esa circunstancia. La prueba calcula el llamado estadístico U, cuya distribución para muestras con más de 20 observaciones se aproxima bastante bien a la distribución normal. La aproximación a la normal, z, cuando tenemos muestras lo suficientemente grandes viene dada por la siguiente ecuación 13. ( ) (13) 46 6. METODOLOGÍA Donde mU y σU son la media y la desviación estándar de U si la hipótesis nula es cierta, y vienen dadas por las siguientes fórmula 14. √ ( ) (14) 47 7. RESULTADOS 7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 7.1. TAMAÑO DE LA MUESTRA El tamaño de la población del conjunto habitacional arcoíris III fue de 712 casas, dicho número se corroboro con la empresa mobiliaria Decope, y mediante un conteo físico, por lo que al aplicar la ecuación 7 para determinar el tamaño de muestra representativa de la población antes mencionada, el resultado fue un total de 250 viviendas. 7.2. SELECCIÓN DE VIVIENDAS Y MUESTREO Una vez obtenido el tamaño de la muestra, se seleccionaron las viviendas por medio del muestreo aleatorio simple, con ayuda de una hoja de cálculo en Excel, el número total de manzanas con las que cuenta el conjunto habitacional Arcoíris III es de 57 manzanas de las cuales fueron sacadas 250 muestras o viviendas, las cuales fueron encuestadas en un periodo de tiempo del 20 de octubre al 21 de noviembre del año 2014. Así mismo cada día el muestreo contaba con un periodo de tiempo de 9:00 am a 15:00 pm. 7.3. LA ENCUESTA Las encuestas fueron aplicadas a la par que con la casa bioclimática ubicada dentro de la U.A.B.C.S. Anterior a esto un día antes de realizar las encuestas en el fraccionamiento Arcoíris III, se realizaba un recorrido por el mismo para poder ubicar de manera física qué viviendas se encuestarían al día siguiente. Así mismo si se observaba que en ese momento se encontraba gente dentro de la vivienda, se les solicitaba de favor a los habitantes el apoyo para poder aplicar la encuesta al día siguiente, pidiendo que en el momento de realizar la encuesta el habitante, no se encontrara realizando ninguna actividad física, ni que tuviera ningún aparato mecánico que pudiera afectar las mediciones como, aire acondicionado, 48 7. RESULTADOS ventiladores, hornos de estufa etc. Así mismo dentro de la universidad los encuestados formaban parte de una agenda. A las personas a entrevistar las cuales estaban conformadas por alumnos, maestros, personal administrativo e inclusive gente externa a la institución, se les solicitaba que acudieran con 10 minutos de anticipación, y con su vestimenta normal. Cada encuesta cumplía con un rango de tiempo el cual era de 20 minutos ya que en este tiempo 10 minutos contaban para la estabilización del equipo de medición y los 10 restantes para la aplicación de la encuesta. Para el caso del fraccionamiento arcoíris III si en alguna vivienda habitacional no encontrábamos usuarios disponibles para la aplicación de la encuesta ya sea porque se encontraba deshabitada o el usuario no se encontraba en ese momento proseguíamos a encuestar la vivienda siguiente. 7.4 CONSTRUCCIÓN BASE DE DATOS Cada semana se recopilaban las encuestas terminadas y se proseguía a llenar la base de datos anteriormente construida en el programa ACCESS. Por ultimo al finalizar el experimento se volvió a corroborar los datos anteriormente llenados. 7.5 ANÁLISIS ESTADÍSTICOS COMPARATIVOS En este apartado podremos observar diferentes histogramas de frecuencia los cuales muestran en porcentaje, la sensación térmica, sensación de ventilación y aceptación personal al ambiente. Como se puede observar en el Gráfico 1 más del 50% de las usuarios que se entrevistaron dentro de la casa bioclimática estaban en confort. Esto quiere decir que la sensación térmica que tenían dentro de la vivienda era neutral. Esto es evidencia que favorece al uso de las estrategias arquitectónicas utilizadas en el diseño de la casa bioclimática, como las que propician el efecto chimenea como 49 7. RESULTADOS las ventilas en la parte superior de la pared del sur, lo cual ayuda a que el aire caliente que se encuentra dentro de la casa sea expulsado y así tener una sensación mayor de confort. Gráfico 1. Comparativo de la sensación térmica dentro la vivienda bioclimática y las viviendas de arcoíris III. En el Gráfico 2 se puede observar que 55 % de los usuarios de las viviendas de arcoíris III solo sentían una ligera ventilación, en comparación con el 32% de los usuarios de la casa bioclimática que dijo tener la sensación de mucha ventilación. En este estudio la ventilación dentro de las viviendas fue de gran importancia ya que a mayor ventilación es mayor la sensación de confort que sentirá el usuario. 39 % de los usuarios de arcoíris III dijo no sentir ningún tipo de ventilación, lo que debió causar una sensación de sofocación, sudoración excesiva y por ende un disconfort mayor dentro de las viviendas. 50 7. RESULTADOS Gráfico 2. Comparativo de la sensación de ventilación dentro la vivienda bioclimática y las viviendas de arcoíris III. En el Gráfico 3 se puede observar que el 93% de los usuarios que se entrevistaron dentro de la casa bioclimática dijo sentir el ambiente aceptable, mientras que los usuarios de las viviendas de arcoíris III dijeron sentirse en disconfort con el ambiente, y se observó que recurrían a distintos métodos, como usar ropa ligera, aparatos electrodomésticos como ventiladores, aires acondicionados y varias duchas a lo largo del día para poder llegar a un confort aceptable. 51 7. RESULTADOS Gráfico 3. Comparativo de la aceptación personal al ambiente dentro la vivienda bioclimática y las viviendas de arcoíris III. 7.6. ANÁLISIS A PRIORI Se realizó un análisis a priori ya que no estábamos seguros que nuestra muestra cumpliera con los tres supuestos para poder aplicar un ANOVA (Análisis de varianza) correctamente, para esto utilizamos el programa GraphPad Prims 6. En el cual ingresamos cada una de las respuestas de la gente para la sensación térmica, a las que se les asigno un valor específico basándonos en el método de Fanger los cuales iban desde el -3 el cual indicaba mucho frio hasta el 3 que indicaba mucho calor. Una vez ingresados estos valores procedimos a realizarles tres pruebas de normalidad. Si nuestra muestra cumplía con la normalidad de la 52 7. RESULTADOS campana de Gauss, era más factible que contara con los otros dos supuestos que son la homocedasticidad e independencia. Los resultados de normalidad se encuentran en la tabla número 5. Tabla N° 5 resultados de tres distintas pruebas de normalidad. TEST DE NORMALIDAD D’ AGOSTINO & BIOCLIMÁTICA PEARSON ARCOÍRIS III K2 12.75 6.400 Valor de P 0.0017 0.0408 Pasa el test de normalidad (alpha = 0.05)? NO NO W 0.7061 0.8444 Valor de P <0.0001 <0.0001 Pasa el test de normalidad (alpha = 0.05)? NO NO KS 0.3907 0.2923 Valor de P <0.0001 <0.0001 Pasa el test de normalidad (alpha = 0.05)? NO NO TEST DE NORMALIDAD SHAPIRO- WILK TEST DE NORMALIDAD KOLMOGOROV – SMIRNOV Como se puede observar en la Tabla número 5, tenemos los tres resultados de las pruebas de normalidad, los cuales para las tres pruebas son negativos. Cada prueba de normalidad arroja un valor de p que está definido como la probabilidad de obtener un resultado al menos tan extremo como el que realmente se ha obtenido. Un valor de p pequeño evidencia que los datos que se tomaron de la muestra tienen una distribución no Gaussiana, un valor de p grande significa que los datos son consistentes con la distribución de Gauss. Los resultados de las 53 7. RESULTADOS pruebas muestran una p menor de 0.05, lo cual quiere decir que hay una magnitud significativa de diferencia (Tabla número 5) con la distribución Gaussiana esperada. Por lo tanto, dado a que nuestras dos muestras no cumplieron con la normalidad juzgamos no necesario aplicar los otros dos supuestos ya que en un análisis a priori es obligatorio que las muestras cumplan con los tres supuestos. 7.7. ANÁLISIS ESTADÍSTICO NO PARAMÉTRICO El análisis estadístico usado fue la prueba de U Mann Whitney. Las hipótesis a contrastar son las siguientes: Hipótesis Nula: No existen diferencias estadísticamente significativas en el nivel de confort. Hipótesis Alternativa: Sí existen diferencias estadísticamente significativas en el nivel de confort. Los resultados de esta prueba se muestran en la tabla número 6. Tabla N°6 resultado test Mann Whitney TEST PRUEBA NO PARAMÉTRICA MANN WHITNEY Valor de P <0.0001 El valor es exacto o Aproximado Exacto Hay diferencia Significativa? (P< 0.05) Si A una o dos colas para el valor de P Dos colas Suma de rangos en la columna de A y B 7359 , 11557 Mann Whitney U 2606 El rechazo o aceptación de la hipótesis nula depende del valor del estadístico calculado en este caso U, y su probabilidad asociada, para que los resultados sean significativos, es decir, rechazar la hipótesis nula y afirmar la diferencia entre 54 7. RESULTADOS las puntuaciones de la variable dependiente, el valor de esa probabilidad debe ser inferior a 0,05. Esto indica que la hipótesis nula planteada tiene pocas probabilidades de ocurrencia y, por tanto, debe ser rechazada. Para esta prueba se analizaron los datos de la sensación térmica dándole a cada respuesta del usuario un valor que está representado por la escala de Fanger el cual agrega valores a las respuesta cualitativas de los usuarios que va desde -3 (mucho frio) hasta 3 (mucho calor), estos datos los ingresamos en el software GraphPad Prims 6.0. De todas las pruebas que puede realizar el programa seleccionamos esta, ya que puede trabajar con datos no normales, compara medianas y trabaja sobre rangos de orden. En la tabla numero 6 podemos observar que hay diferencias significativas en las dos muestras; por lo tanto el confort térmico presentado en cada una de las encuestas realizadas a los usuarios depende de la vivienda donde habita el usuario. Dado a que este es un test no paramétrico, se demuestra que la mediana de un grupo no es igual a la mediana del otro. 7.8. DIAGRAMA DE CAJA Y BIGOTE Este tipo de gráfica describe tendencias importantes, tanto en la dispersión como en la simetría de las dos muestras de sensación de la confort, manifestada por los usuarios de la colonia Arcoíris III, y los encuestados en la casa bioclimática. Al igual que para la prueba de Mann Whitney, se le asignó a cada respuesta del usuario un valor que está representado por la escala de Fanger el cual agrega valores a las respuesta cualitativas de los usuarios que va desde -3 (mucho frio) hasta 3 (mucho calor).Este gráfico suministra información sobre los valores mínimo y máximo, los cuartiles Q1 y Q2 y sobre la existencia de valores atípicos y la simetría de la distribución. Como se puede observar en el Gráfico 4 la distribución entre las dos muestras no es igual, la distribución de la sensación térmica en la casa bioclimática está mayormente centrada en el valor de 0 (neutral), mientras que la distribución de la 55 7. RESULTADOS sensación térmica para los usuarios de arcoíris III, está distribuida dentro de los rangos 0 (neutral) y 1(algo de calor). Grafico 4. Diagrama de caja y bigote de sensación de confort. 56 8. CONCLUSIONES 8. CONCLUSIONES Hay diferencias significativas en los niveles de confort de ambas casas. En este caso la casa bioclimática fue fuertemente favorecida por los usuarios entrevistados. Los resultados muestran que para las condiciones meteorológicas del estudio, la casa bioclimática, por las estrategias arquitectónicas con las que cuenta, es más confortable para los usuarios, en lo que se refiere tanto a la sensación térmica, como a la sensación de ventilación y a la aceptación personal al ambiente que las viviendas convencionales. A pesar que nuestras muestras no presentan una distribución normal se puede observar en los análisis estadísticos no paramétricos una diferencia significativa en la sensación térmica de los usuarios, además de un disconfort térmico por parte de los usuarios de la casas de Arcoíris III. También presentaron disconfort visual, auditivo, y psicológico asociados a la vivienda. El trabajo de diseño de la casa bioclimática evaluada cumple con lo recomendado por Covarrubias (2012) en el sentido de que se debe de fomentar a la arquitectura sustentable aportando acciones que desaceleren el proceso de calentamiento global y que favorezcan al confort térmico del usuario. 57 9. RECOMENDACIONES 9. RECOMENDACIONES Se recomienda hacer un estudio de confort posterior en diferentes temporadas del año, para observar el desempeño de ambas casas, en un periodo anual. De acuerdo con Bojórquez. (2010), es recomendable realizar estudios en situaciones climáticas frías y templadas para la identificación de los valores neutrales y rangos de confort térmico. Esto sugiere que los resultados de este estudio se pueden utilizar para tal fin con un trabajo de análisis adicional. Se recomienda analizar la base de datos con el apoyo de la estadística inferencial, con el objetivo de encontrar otras explicaciones que describan con mayor amplitud las respuestas subjetivas de los usuarios de las casas habitacionales. Realizar mediciones en sitio durante un periodo anual de las temperaturas exteriores e interiores de la casa bioclimática y realizar un análisis comparativo entre ellas, para determinar la atenuación de la temperatura exterior lograda con estrategias bioclimáticas. Se recomienda un estudio de preferencias constructivas de los usuarios, y las posibles mejoras en las viviendas de los mismos para poder disminuir la sensación de incomodidad térmica. Realizar un estudio de confort en exteriores para casas de interés social para poder observar y obtener resultados acerca de mejoras en las mismas para disminuir la sensación de incomodidad térmica. 58 10. BIBLIOGRAFÍA 10. BIBLIOGRAFÍA Barrios Guillermo, Tovar Ramón, Huelsz Guadalupe Y Rojas Jorge, Análisis De Indicadores Del Desempeño Térmico De La Envolvente De Una Edificación No Climatizada. Memorias De La Xxxiv Reunión Nacional De Energía Solar, ANES, Guanajuato, México, 2010. Bojórquez Morales Gonzalo, Confort Térmico En Exteriores: Actividades En Espacios Recreativos, En Clima Cálido Seco Extremo, Universidad De Colima, Facultad De Arquitectura Y Diseño, Colima, México, 2010. Cervantes Pérez Juan Y Barradas Miranda Luis Víctor, Ajuste De Escalas De Sensación Térmica Para Xalapa, Veracruz, México, Revista Investigación Y Ciencia De La Universidad Autónoma De Aguascalientes, Número 48, 2010 Covarrubias Ramos Marcela, Determinación De Estándares De Confort Térmico Para Personas Que Habitan En Clima Tropical Sub Húmedo, Universidad Internacional De Andalucía, Colima México, Tesis Maestría, 2012. Ganem Carolina, Esteves Alfredo Y Esteves Francisco, Posibilidades De La Tipología De Medio Patio Para La Adaptación De Estrategias Pasivas De Invierno, Laboratorio De Ambiente Humano Y Vivienda, Mendoza Argentina, Memoria Avances En Energía Renovables Y Medio Ambiente, 2006. Godoy Muñoz Alfonso, Confort Térmico Adaptativo, Aplicación En La Edificación En España, Universidad Politécnica De Cataluña, España, Tesis Maestría En Sostenibilidad, 2012. 59 10. 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ANEXO “CONFORT TÉRMICO Y AHORRO DE ENERGÍA EN LA VIVIENDA ECONÓMICA EN MÉXICO: REGIONES DE CLIMA CÁLIDO SECO Y HÚMEDO” (INSTITUCIÓN LOCAL) I.- DATOS GENERALES Folio:__________Clave del encuestador:_________Fraccionamiento:________________________Domicilio:__________________________________ __________________________________________Localidad:_____________________________Estado:____________________________________ Nombre de la persona encuestada:_____________________________________________________________________________________________ II.- DATOS TEMPORALES Fecha Hora al inicio de la entrevista Hora al final de la entrevista III.- INFORMACIÓN DE LA VIVIENDA 1 2 Dispositivos de control NINGUNO AIRE ACONDICIONADO VENTILADO 3.1 DE R TECHO CALEFACCIÓN ENFRIADOR EVAPORATIVO OTRO (¿CUÁL?) 3 A climático activados en el lugar 4 5 6 3.2 3.3 PEDESTAL OTRO ¿CUAL?_______________ IV.- INFORMACIÓN DEL HABITANTE B Tiempo que lleva dentro de la vivienda C Actividad desarrollada D Sexo E Constitución física 1 2 Menos de ½ hora Más de ½ hora 3 Pasiva Moderada Hombre Mujer Peso (kg) Estatura (cm) Intensa Edad (años) Tipo de vestimenta F 1 2 MUY LIGERA LIGERA 3 NORMA L 4 5 ABRIGADA MUY ABRIGADA V.- INFORMACIÓN SOBRE LA PERCEPCIÓN DEL AMBIENTE INTERIOR DE LA VIVIENDA 1 2 3 4 5 6 7 Mucho frío Frío Algo de frío Ni calor ni frío Algo calor Calor Mucho calor Muy húmedo Húmedo Algo húmedo Normal Algo seco Seco Muy seco Mucha ventilación Mediana ventilación Ligera ventilación Ninguna ventilación J Sensación Mucho frío Frío Algo de frío Ni calor ni frío Algo calor Calor Mucho calor K Mucho más fresco Más fresco Un poco más fresco Sin cambio Con un poco más de calor Con más calor Con mucho más caluroso G Sensación H I Térmica Sensación de humedad Sensación de ventilación nocturna Preferencias de temperatura 62 11. ANEXO L Preferencias de Preferiría mas ventilación Sin cambio M Aceptación Generalmente aceptable Generalmente inaceptable N Perfectamente Tolerable Ligeramente Tolerable ventilación personal del ambiente Tolerancia personal Preferiría menos ventilación Tolerable Intolerable Extremadament e Intolerable VI.- DATOS DE MONITOREO FÍSICO Temperatura bulbo seco (°C) Temperatura bulbo húmedo (°C) Temperatura globo (radiación) (°C) Humedad relativa (%) Velocidad de viento (m/s) 63