UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA SUR

Transcripción

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
5.1. 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
5.2. 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
5.5. 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
5.8. 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
5.9. 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
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
5.10. 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
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
5.16. 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
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
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
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
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
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
(
)
( )
(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
5.18. 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
,(
)
-. /
(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
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
NO
NO
KS
0.3907
0.2923
Valor de P
<0.0001
<0.0001
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,
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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.
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Ciencia De La Universidad Autónoma De Aguascalientes, Número 48, 2010
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Tipología De Medio Patio Para La Adaptación De Estrategias Pasivas De Invierno,
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Vivienda En La Ciudad De Loja , Universidad Técnica Particular De Loja Escuela
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Recintos De 10 Edificios Públicos De Chile En Invierno, Pontificia Universidad
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Ruiz Torres Pável Raúl, Estándar Local De Confort Térmico Para La Ciudad De
Colima, Universidad De Colima Facultad De Arquitectura Y Diseño Coquimatlán,
Colima, México, Tesis Maestría 2007.
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Bajo Diferentes Orientaciones Y Medidas De Sombreado, Instituto Politécnico
Nacional, Zacatecas, México, 2010.
Torres José Luís , Climatización Considerando El Ahorro De Energía Y El Confort
Térmico De Las Personas En Ambientes Dedicados A Tareas De Oficina ,
Universidad Tecnológica Nacional, Santa Fe, Argentina, Tesis De Maestría, 2010
61
11. ANEXO
11. 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

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA SUR

Transcripción

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