CONVECCIÓN NATURAL

Tal y como se ha descrito anteriormente la convección natural genera una circulación de aire, intercambiándose el volumen de aire caliente que tiende a ascender y ocupar así, el espacio del aire más frío y denso. Este fenómeno se puede utilizar en la arquitectura bioclimática para lograr mejorar el confort térmico de la edificación. Utilizando la radiación solar, se calienta el aire mediante una superficie captadora de calor, además se procura situar en la parte superior de la edificación una vía de escape para este aire caliente que al ascender sale de le edificación, dejando un espacio en el interior que automáticamente es sustituido por aire más frío. Este sistema genera una infinita renovación de aire, pudiéndose conseguir mediante los distintos sistemas de ventilación convectiva, como en la imagen inferior mediante la denominada chimenea solar.

conveccion natural

Imagen: Esquema del movimiento del aire chimenea solar. Fuente: Arquiperu2010.com 

La diferencia de temperatura que existe en un espacio cerrado entre la parte superior y la parte inferior se denomina estratificación térmica, siendo más apreciable cuanto mayor sea la diferencia de altura entre ambas. Debemos tener en cuenta este fenómeno a la hora de diseñar las estancias, ya que si dos estancias se encuentran comunicadas entre sí pero a diferentes alturas, la diferencia de temperatura entre ambas siempre será patente, la que se encuentre a mas altura contendrá el aire con la densidad más baja, dejando a la que se encuentre a menos altura con una temperatura  inferior.

 

CONFORT TÉRMICO

Esta generalizada la idea de que nuestro confort térmico depende fundamentalmente de la temperatura del aire que nos rodea, siendo una idea errónea, que aclararé a continuación.

La temperatura del cuerpo humano es de una media de 37°C, debiendo mantenerse constante continuamente. Para lograrlo se deben realizar intercambios de calor con el medio que le rodea, estos intercambios se realizan en su mayor parte a través de la piel. Decimos que existe una situación de confort térmico cuando el intercambio de calor es estable, es decir, el calor que se pierde es equivalente al que se gana.

Controlar esa constante pérdida de calor y regular el ritmo al que se pierde, evitando por ejemplo que sea muy elevado, supone un aporte energético extra, para regular el balance entre las ganancias y las pérdidas se deben tener en cuenta los diferentes los factores de generación y pérdida de calor.

Si nos referimos a la generación de calor, hay que tener en cuenta que cada persona tiene un metabolismo específico que es determinante en la cantidad de calorías que se consumen a lo largo del día, cabe destacar que sin realizar ninguna actividad física, el cuerpo continúa generando calor y por consiguiente consumiendo calorías.

El cuerpo humano consume 70 Kcal/hora, sin embargo, durante la realización de actividad física o mental se aumenta la generación de calor pudiéndose consumir hasta 10 veces más en el caso de un ejercicio físico alto, pudiéndose alcanzar valores de 700 Kcal/hora.

Si hablamos de los factores que varían el ritmo de pérdida de calor, se debe considerar de nuevo la peculiaridad de cada individuo, el vello y el tejido adiposo (grasa acumulada) son “capas naturales” que reducen la pérdida de calor, sin embargo se puede hablar de una forma más genérica con respecto a la ropa. En el caso más concreto de la ropa de abrigo, al utilizarla se consigue una sensación de confort térmico debido a que se reducen las perdidas calóricas, manteniendo una capa entre la piel y el tejido que nos aísla térmicamente. Sirven pues para regular la temperatura de nuestro cuerpo y no consumen ningún tipo de energía.

INDUMENTARIA

Resistencia térmica de la ropa

m²·°C/W

Ropa tropical

0,045

Ropa ligera de verano

0,08

Ropa ligera de trabajo

0,11

Ropa interior para invierno

0,16

Ropa de vestir tradicional

0,23

Tabla: Resistencia térmica de la ropa. Fuente: Autor, según ISO 7730

En cuanto a la climatización del interior de la edificación debemos tener en cuenta los anteriores factores, buscando el equilibrio en el que está basado el confort térmico. Desgraciadamente es muy común encontrarnos en verano con locales en los que una elevada climatización, de manera contraria a lo que se pretende, perjudica el confort. Evitar sobredimensionar las instalaciones de climatización o utilizar sistemas de domótica, tal y como se explica más adelante, que regulen de manera automática la temperatura de un local, son algunas de las soluciones que se deben considerar. Hay que utilizar estos sistemas de manera razonable evitando así aumentar la demanda energética de nuestra edificación y el despilfarro de energía.

Una vez conocemos mejor el comportamiento del cuerpo humano térmicamente hablando, es necesario indagar en los distintos factores climáticos que componen en su globalidad lo que conocemos como el “clima de un local”. Teniendo en cuenta que cada persona es distinta y pueden existir diferencias según su capacidad de adaptación, se han estudiado los márgenes de confort medio para los distintos factores climáticos.

  • La temperatura del aire: se recomienda una temperatura media de entre 18 y 24°C, sin embargo, tal y como se ha explicado con anterioridad no es determinante. Puede variar según la ropa, la edad, etc.

Cabría destacar, refiriéndonos a temperatura del aire en el interior de un local, que es aconsejable que la temperatura de las paredes sea mayor que la del mismo. Una habitación que tenga una temperatura del aire de 20 °C y sus paredes a 16 °C tiene la misma sensación de confort que otra con una temperatura del aire de 12 °C y con las paredes a 24 °C.

Encontrarnos con este tipo de situaciones en las que la temperatura de las paredes, suelos o techos es mayor que la del aire suele ser característico de las edificaciones bioclimáticas, esto es debido a la temperatura de radiación. Podemos lograr esta situación utilizando por ejemplo muros de gran volumen, capaces de captar la radiación solar y transmitirla en forma de calor al interior del local, logrando de esta manera mejorar el confort aun existiendo una temperatura más baja en el interior.

  • La velocidad del aire: el movimiento del aire afecta de manera considerable la sensación de frío, debido a que aumenta las pérdidas de calor en nuestro organismo. Esto se debe principalmente a la alteración de la capa aislante de nuestra piel y a la estimulación de la evaporación del sudor, este es el mecanismo que utiliza nuestro cuerpo para regular la temperatura, si además le añadimos fluctuaciones en la intensidad del aire puede producir una mayor alteración en el confort.

La velocidad media del aire en el interior de un local debe rondar entre 0,1 y 0,3 m/s, dependiendo de la época del año, en las épocas más calurosas se puede aumentar dicha velocidad para mejorar así la refrigeración.

  • La humedad relativa: es un factor determinante en lo que se refiere al ritmo por el cual nuestro organismo elimina el calor, cuanto mayor es la humedad del aire, menor es la capacidad de transpiración del cuerpo. Esta sensación térmica es apreciable en las zonas próximas al mar, en las que durante el verano la humedad aumenta considerablemente la sensación de sofoco. Entendemos la  humedad relativa como el porcentaje de humedad que tiene el aire en relación a su máximo admisible.

Los porcentajes de humedad relativa deben oscilar entre el 30% y un máximo del 70%. El aire determina pues, la humedad relativa, ya que el máximo admisible de humedad está determinado por el mismo.

CONDICIONES

INVIERNO

VERANO

Temperatura del aire

18 – 21 grados

20 – 24 grados

Velocidad del aire

< 0,15 m/s

< 0,25 m/s

Humedad relativa

30 – 60%

40 – 70%

Resistencia térmica del vestido

0,16 m²·°C/W

0,08 m²·°C/W

Tabla: Condiciones recomendadas. Fuente: Autor, según UNE-EN ISO 7730

Además de tener en cuenta estos factores fundamentales a la hora de lograr el deseado confort térmico, se debe tener muy presente, el uso o actividad que se va a desarrollar en cada local, no es igual el consumo calórico que puede tener una persona que se encuentra en reposo que la misma persona caminando o trabajando. De modo que los locales en los que se realice una actividad física deberán estar a una temperatura más baja. Tanto el factor de uso y actividad, como el de densidad en la edificación, ambos contemplados en el RITE, deben tenerse muy presentes a la hora de dimensionar nuestras instalaciones.

RADIACIÓN DIRECTA, DIFUSA Y REFLEJADA

La energía solar que incide sobre la superficie de nuestro planeta se manifiesta de las siguientes maneras:

Imagen: Componentes de la radiación solar terrestre. Fuente: monografías.com 

  • La radiación directa: es aquella que proviene directamente del sol.
  • La radiación difusa: es aquella que proviene de la atmosfera, por dispersión de parte de la radiación solar en ella. En los días más soleados sin presencia de nubosidades este tipo de radiación puede suponer aproximadamente el 15% del global, pero en los días nublados en los que se reduce la cantidad de radiación directa este tipo de radiación aumenta de manera considerable.

En cuanto a las edificaciones se puede afirmar que los cerramientos verticales reciben la mitad de la radiación solar que pueden recibir los horizontales. Por esta razón, más adelante estudiaremos formas de controlar la sobreexposición solar que sufre este cerramiento, en concreto los aislamientos de las cubiertas.

  • La radiación reflejada es aquella que proviene “rebotada” de la superficie terrestre. La cantidad de este tipo de radiación depende del llamado coeficiente de reflexión de la superficie o “albedo”. Son únicamente las superficies verticales (perpendiculares a la superficie terrestre) las que reciben esta radiación.

LA TRANSMISIÓN DEL CALOR

Entendemos por calor, la energía que se transmite de un cuerpo cuya temperatura es más alta a otro con menor temperatura. Para comprender el comportamiento térmico en una edificación debemos tener claro un concepto, el frío no entra en la edificación, es el calor el que sale de ella. El estado de agitación molecular traducido en calor, se transmite de distintas maneras:

 transmision del calor

Imagen: Comportamiento del calor. Fuente: artinaid.com

 

El calor por conducción, se transmite entre moléculas sin desplazamiento, es decir, a través de la masa del cuerpo. La característica que define si un material es conductor o aislante, se mide en base a su mayor o menor capacidad de transmisión de calor.

Debido a este fenómeno, las edificaciones pierden calor en invierno a través de sus cerramientos exteriores, por lo que es imprescindible la utilización de aislantes térmicos para reducir dichas pérdidas. La unidad de medida que determina si un material es capaz de conducir o no el calor es el coeficiente de conducción térmica, siendo los metales por ejemplo grandes conductores térmicos.

En el caso del calor por convección, el calor se transmite a las moléculas de un fluido (estado líquido o gaseoso) que se encuentra en movimiento, es el sistema que utilizan numerosas instalaciones que podemos encontrar en las edificaciones como los radiadores. El aire, al calentarse baja su densidad y se eleva ocupando el espacio en el que se encuentra el aire frío con mayor densidad que desciende.

Según sea el origen de este movimiento, podemos diferenciar entre convección natural o forzada, se considera convección forzada, cuando la circulación de fluidos es acelerada para lograr una mejora en los intercambios térmicos y la eficiencia de los sistemas.

También se produce calor por cambio de estado, es el caso de los fenómenos de evaporización y condensación.

El calor por evaporización, está basado en la energía que necesita un líquido para pasar a estado gaseoso, esta energía es captada del ambiente, transmitiéndose desde el cuerpo caliente al líquido produciendo así su evaporación. Estos sistemas son característicos de la arquitectura popular de oriente medio, en la que se utilizaban los principios de enfriamiento por evaporización para reducir la temperatura.

Por el contrario, el calor por condensación, se produce cuando un gas, que posee una determinada cantidad de calor que captó durante su cambio de estado, al bajar su temperatura y de ese modo pasar a estado líquido la devuelve. Este fenómeno es claramente apreciable por ejemplo en las carpinterías manifestándose como condensaciones de vapor de agua.

Por último, el fenómeno de radiación, consiste en la transmisión de ondas electromagnéticas, la principal característica de este tipo de transmisión es que al contrario de todas las anteriores, no necesita un soporte material para su transmisión. Es la forma en la que el sol nos aporta energía, es por ello por lo que todo material transmite calor por radiación, desprendiéndose de la radiación captada.

Las superficies y muros radiantes, están basadas en este principio, que aunque parezca extraño no es algo novedoso, ya que los romanos utilizaban ya sistemas de calefacción por suelo radiante.