CIBSE (Chartered Institution of Building Services Engineers) es una asociación internacional de profesionales de la ingeniería que tiene base en Londres. Es parte del Consejo de la Construcción del Reino Unido y asesora al gobierno de ese país sobre temas de construcción, ingeniería y sustentabilidad. Como parte de sus funciones, la institución ha desarrollado diversas guías y documentos para incentivar las mejores prácticas en esos campos. Aquí revisaremos los principales documentos publicados por CIBSE respecto al confort en los edificios.

Guía A

La Guía A de CIBSE ofrece una serie de recomendaciones para mejorar la calidad ambiental de los espacios interiores en edificios sostenibles y de elevada eficiencia energética. En el capítulo Criterios ambientales para el diseño, el documento define temperaturas de confort para edificios que funcionan en modo pasivo durante el verano, y establece criterios para evaluar de manera simple el riesgo de sobrecalentamiento. Estos criterios se basan en el concepto de confort adaptativo, que establece, entre otras cosas, que en los edificios pasivos los ocupantes suelen tolerar temperaturas internas más elevadas debido a su capacidad natural de adaptación.

En lo que respecta a las temperaturas de confort, de acuerdo con los resultados de diversas investigaciones, la Guía A indica que una temperatura operativa de 25ºC suele ser aceptable en los espacios interiores de los edificios, específicamente las oficinas, las escuelas, los comercios al por menor y las viviendas (espacios de estar). Sin embargo, hace una excepción con los dormitorios de las viviendas, para los que recomienda una temperatura de 23ºC. Esto se debe a que las investigaciones también arrojan que las temperaturas elevadas son más críticas en los dormitorios que en las áreas de estar, pues hacen que muchas personas tengan dificultades para dormir de manera adecuada. En resumen, se considera que con las temperaturas recomendadas muy pocas personas sentirán disconfort, lo cual significa condiciones ambientales más saludables y un mayor rendimiento en las actividades diarias.

Sin embargo, prácticamente ningún edificio es capaz de mantener las temperaturas de confort “ideales” durante todo el verano, al menos sin recurrir al uso de sistemas de climatización, lo cual hace necesario establecer alguna pauta para minimizar la duración y severidad de las condiciones de disconfort. Con ese objetivo, la Guía A establece los siguientes criterios para limitar los riesgos de sobrecalentamiento en los edificios pasivos del Reino Unido:

• Los espacios de los edificios de oficinas y de las escuelas, así como las áreas de estar de las viviendas, no deben presentar más del 1% de las horas ocupadas durante el año con temperaturas operativas de 28ºC o superiores.
• Los dormitorios de las viviendas no deben presentar más del 1% de las horas ocupadas durante el año con temperaturas operativas de 26ºC o superiores.

De acuerdo con el documento, es recomendable que el cumplimiento de estos criterios se verifique usando archivos de datos climáticos del tipo CIBSE Design Summer Years (DSYs), ya que implican una evaluación más rigurosa del riesgo de sobrecalentamiento que otros archivos de datos climáticos, como los del tipo CIBSE Test Reference Years (TRYs).

Nota: Es importante tener en cuenta que las recomendaciones ofrecidas en la Guía A se basan en investigaciones y estudios realizados en el Reino Unido. Eso significa que podrían no ser completamente válidas en otras regiones con condiciones climáticas distintas.

Memorando Técnico 52 (TM52)

En el apartado anterior vimos que la Guía A de CIBSE establece, como criterio para evitar el sobrecalentamiento en los edificios, que estos no tengan temperaturas operativas superiores a 28 ºC durante más del 1% de las horas ocupadas (26 ºC en el caso de los dormitorios). Si bien esas temperaturas se pueden considerar confortables durante un verano cálido en el Reino Unido, la misma organización reconoce que es problemático emplearlas como un límite fijo en todo el país, y aún más en otros países. Entre otras cosas debido a que:

• El enfoque de confort adaptativo indica que en los edificios pasivos la temperatura de confort varía con la evolución de la temperatura exterior.
• Aunque el número de horas con temperaturas por arriba de un determinado límite puede darnos una medida del sobrecalentamiento, no nos dice nada sobre su severidad. Imaginemos, por ejemplo, que un edificio tiene 100 horas con temperaturas 1 K por arriba del límite, mientras que otro tiene 100 horas con temperaturas 3 K por arriba del límite. Con el criterio anterior ambos edificios tienen el mismo nivel de sobrecalentamiento (100 horas con temperaturas por arriba del límite), siendo evidente que el segundo caso es mucho más severo.
• Cualquier criterio que tenga un límite exacto es muy sensible al método empleado para predecir las temperaturas internas, lo cual puede conducir a errores significativos.
• Con el criterio anterior, es muy fácil alterar los resultados simplemente aumentando el número de horas ocupadas (con lo que se reduce el porcentaje de horas en disconfort).
• Es discutible si la sensación de disconfort a lo largo de un periodo completo (ya sea el verano o el año) es una buena medida del sobrecalentamiento, o si es mejor evaluar las condiciones de disconfort durante periodos más cortos pero más críticos.

Con el objeto de superar esos problemas CIBSE desarrolló y publicó el Memorando Técnico 52 (TM52), que busca mejorar los métodos para predecir y prevenir el sobrecalentamiento en los edificios que funcionan en modo pasivo. En el capítulo final de ese documento se recomienda que para que un edificio se considere con bajo riesgo de sobrecalentamiento debe cumplir al menos dos de los siguientes criterios (ver métodos de cálculo más abajo).

Criterio 1: Horas de excedencia. El Criterio 1 establece un límite del 3% al número de horas en que la temperatura operativa interior (T_op) puede superar la temperatura de confort máxima (T_max) en 1 K o más, considerando las horas con ocupación durante el periodo típico sin calefacción (1º de mayo al 30 de septiembre).

Definición técnica: El número de horas en las que la diferencia de temperatura (ΔT) es de 1 K o más, durante el periodo de mayo a septiembre, no debe representar más del 3% de las horas ocupadas. La ΔT es el resultado de restar la temperatura máxima (T_max) a la temperatura operativa interior (T_op). La T_max representa el límite superior del rango de temperaturas de confort, calculado en función de la temperatura media exterior.

Criterio 2: Excedencia ponderada diaria. El Criterio 2 tiene que ver con la severidad del sobrecalentamiento. Para evaluarlo se emplea la excedencia ponderada (W_e), o grados-hora de excedencia, que se calcula multiplicando cada hora en la que la diferencia de temperatura (ΔT) es de 1 K o más por el número de grados excedidos. Para cumplir el criterio, ningún día debe tener más de 6 grados-hora de excedencia.

Definición técnica: La excedencia ponderada (W_e) debe ser igual o menor a 6 grados-hora durante todos y cada uno de los días comprendidos en el periodo de mayo a septiembre.

Criterio 3: Temperatura superior límite. El criterio 3 define una temperatura superior límite (T_upp) que resulta de agregar 4 K a la temperatura máxima (T_max), la cual nunca debe ser sobrepasada durante los periodos ocupados de la temporada de verano, del 1º de mayo al 31 de septiembre. Si esto sucede, el nivel de sobrecalentamiento se considera inaceptable.

Definición técnica: La ΔT nunca debe ser superior a 4K durante el periodo de mayo a septiembre.

En resumen, si se falla solo en uno de estos criterios se considera que no hay un riesgo elevado de sobrecalentamiento. Si se falla en dos o en los tres, entonces se considera que el edificio no cumple con el estándar.

Métodos de cálculo

Para comprender mejor la definición de los tres criterios es importante tener en cuenta los siguientes métodos de cálculo:

Diferencia de temperatura, temperatura operativa y temperatura máxima

La diferencia de temperatura (ΔT) se define como la diferencia entre la temperatura operativa interior (T_op) y la temperatura de confort máxima (T_max):

La ΔT se redondea al entero más cercano. Por ejemplo, los valores entre 0.5 y 1.5 se redondean como 1 K, los valores entre 1.5 y 2.5 se redondean como 2 K, y así sucesivamente. Por otro lado, la temperatura operativa (T_op) se puede calcular para cada espacio mediante la siguiente fórmula:

Donde:

T_a = Temperatura interior del aire (ºC).

T_r = Temperatura radiante media (ºC).

v = Velocidad (elevada) del aire en verano (m/s).

Por otro lado, la temperatura de confort máxima, o simplemente temperatura máxima (T_max), se establece sumando un valor de rango aceptable a la temperatura de confort (T_c). El valor de rango aceptable depende de la categoría de edificio, como se indica en la Tabla 5, mientras que la temperatura de confort se calcula a partir del promedio móvil de la temperatura exterior (T_rm), conforme al Estándar CEN 15251:

Entonces, la temperatura de confort máxima se calcula de la siguiente manera:

Por ejemplo, si el edificio pertenece a la Categoría II, para la cual se sugiere un rango aceptable de 2 K (ver más abajo), la temperatura de confort máxima se calcularía como sigue:

Tabla 1. Rangos aceptables sugeridos de acuerdo con la categoría del edificio.

Excedencia ponderada

La excedencia ponderada (W_e), que se emplea para evaluar el Criterio 2, se calcula mediante la siguiente fórmula:

Donde:

El factor de ponderación WF = 0 si ΔT ≤ 0, en caso contrario WF = ΔT.

h_ey = Tiempo en horas (h) cuando WF = y.

Temperatura superior límite

La temperatura superior límite (T_upp), que se emplea para evaluar el Criterio 3, se calcula mediante la siguiente fórmula:

Memorando Técnico 59 (TM59)

Numerosos estudios en el Reino Unido indican que es necesario tomar en serio el riesgo de sobrecalentamiento en las viviendas sin sistemas de refrigeración, tanto nuevas como existentes, debido a su potencial impacto en la salud y bienestar de las personas: estrés, ansiedad, falta de sueño e incluso muertes durante las olas de calor, principalmente de personas vulnerables. Este riesgo se debe sobre todo a fallas en el diseño y la operación de los edificios, como una excesiva cantidad de acristalamiento, mala orientación, falta de dispositivos de sombreado, estrategias de ventilación inadecuadas, sistemas de ventilación mecánica que no son capaces de abastecer los caudales de aire requeridos, e incluso los niveles de aislamiento cada vez más elevados.

Ante esta situación, CIBSE desarrolló el Memorando Técnico 59 (TM59) con el objetivo estandarizar la evaluación del riesgo de sobrecalentamiento en las viviendas del Reino Unido. El planteamiento es más complejo que el del TM52 (que es para edificios en general), pues considera si las viviendas funcionan con ventilación predominantemente natural o mecánica, establece criterios para diferentes tipos de espacios, e incluso tiene en cuenta si los ocupantes son vulnerables. Veamos con mayor detalle estos criterios.

Criterios para viviendas con ventilación predominantemente natural

Estos criterios se basan en el estándar TM52 y en la Guía A de CIBSE, diferenciando los dormitorios del resto de los espacios habitables de la vivienda. Un aspecto clave es que los dormitorios tienen que cumplir los dos criterios establecidos, mientras que los otros espacios solo deben cumplir el primero de ellos.

a) Criterio para espacios de estar, cocinas, dormitorios y estudios:

Criterio 1 de CIBSE TM52: Horas de excedencia. El número de horas en las que la diferencia de temperatura (ΔT) es de 1 K o más, durante el periodo de mayo a septiembre, no debe representar más del 3% de las horas ocupadas (ver sección TM52 para más detalles).

b) Criterio solo para dormitorios y estudios

Criterio de la Guía A. La temperatura operativa no debe ser superior a 26 ºC durante más del 1% de las horas ocupadas anuales, considerando un horario de 10:00 pm a 7:00 am. Con esa regla las horas ocupadas anuales son 3,200, por lo que ningún dormitorio debe tener más de 33 horas con temperaturas operativas por arriba de 26 ºC.

Criterio para viviendas con ventilación predominantemente mecánica

Este criterio se basa en la Guía A de CIBSE (2015a) y aplica para todos los espacios habitables de la vivienda, sin hacer distinciones entre ellos.

Ningún espacio ocupado debe tener temperaturas operativas por arriba de 26 ºC durante más del 3% de las horas ocupadas anuales.

Criterio para viviendas con ocupantes vulnerables

Este criterio se basa en el estándar TM52 y aplica solo para edificios que funcionan con ventilación predominantemente natural:

Los edificios de vivienda y alojamiento para personas vulnerables deben ser considerados en la Categoría I (alto nivel de expectación).

En la práctica, este criterio implica que la temperatura de confort máxima (T_max) será 1 K menor que en el caso de viviendas con ventilación natural y ocupantes no vulnerables.

Criterio para áreas de circulación

Este criterio aplica para las áreas de circulación de las viviendas, ya sean las internas o las comunes (las compartidas por varias viviendas en los edificios habitacionales). Aunque no es obligatorio cumplirlo en ningún caso, debe especificarse en los informes destinados a evaluar el cumplimiento del TM59.

Las áreas de circulación no deben tener temperaturas operativas por arriba de 28 ºC durante más del 3% de las horas anuales totales.

Referencias

[1] B. Arballo, E. Kuchen, Y. Alamino Naranjo, and A. Alonso Frank, “EVALUACIÓN DE MODELOS DE CONFORT TÉRMICO PARA INTERIORES,” 2016.

[2] P. de Wilde and W. Tian, “Management of thermal performance risks in buildings subject to climate change,” Building and Environment, vol. 55, pp. 167–177, Sep. 2012.

[3] N. Djongyang, R. Tchinda, and D. Njomo, “Thermal comfort: A review paper,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 14, no. 9, pp. 2626–2640, Dec. 2010.

[4] C. Laia, M. Richard, S. Camelo, and H. Gonçalves, “Towards sustainable Summer comfort,” 2009.

[5] K. J. Lomas and R. Giridharan, “Thermal comfort standards, measured internal temperatures and thermal resilience to climate change of free-running buildings: A case-study of hospital wards,” Building and Environment, vol. 55, pp. 57–72, Sep. 2012.

[6] F. Nicol and L. Pagliano, Allowing for Thermal Comfort in Free-running Buildings in the New European Standard EN15251. .

[7] E. Standards, “UNE EN 15251:2008 Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics,” https://www.en-standard.eu. [Online]. Available: https://www.en-standard.eu/une-en-15251-2008-indoor-environmental-input-parameters-for-design-and-assessment-of-energy-performance-of-buildings-addressing-indoor-air-quality-thermal-environment-lighting-and-acoustics/. [Accessed: 21-Aug-2019].

[8] D. Toe, C. Toe, and T. Kubota, “Reanalysing the ASHRAE RP-884 Database to Determine Thermal Comfort Criteria for Naturally Ventilated Buildings in Hot-Humid Climate,” 2012.

[9] P. Wilde and W. Tian, “Building performance simulation for the management of thermal performance risks in buildings subject to climate change,” presented at the Proceedings of Building Simulation 2011: 12th Conference of International Building Performance Simulation Association, 2011.

[10] “CIBSE - CIBSE Guides.” [Online]. Available: https://www.cibse.org/Knowledge/CIBSE-Publications/CIBSE-Guides. [Accessed: 21-Aug-2019].

[11] “Standard 55 – Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy.” [Online]. Available: https://www.ashrae.org/technical-resources/bookstore/standard-55-thermal-environmental-conditions-for-human-occupancy. [Accessed: 21-Aug-2019].

[12] “Using TM59 to assess overheating risk in homes,” CIBSE Journal.

Todos los derechos reservados. Prohibida la reproducción total o parcial del contenido de este artículo, incluyendo tablas y figuras, sin la autorización expresa de Seiscubos.