¿Es cierto que la velocidad del aire media en la zona ocupada no puede ser superior a 0,2 m/s?, por Arcadio García Lastra

La velocidad del aire en los locales (v) influye en varios aspectos térmicos relacionados con el bienestar de las personas que debe garantizar una instalación térmica de climatización. Es un aspecto reglado por tanto en el RITE (Reglamento de instalaciones Térmicas en los Edificios) en sus disposiciones sobre calidad térmica interior (CTI); en concreto en su IT 1.1.4.1.3. Velocidad media del aire.

La velocidad del aire influye en el intercambio de energía por convección entre la persona y el aire ambiente que le rodea. Esto afecta al bienestar térmico general del cuerpo (pérdida de energía) expresada por el índice PPD (porcentaje estimado de insatisfechos) y a la incomodidad térmica local debida a las corrientes de aire expresada por el índice DR (tasa de corriente de aire).

El índice PPD es función de siete variables térmicas entre las que se encuentra la velocidad relativa del aire:

• Presión total (P_T), temperatura seca (T_s) y humedad relativa del aire húmedo (ɸ)  
• Actividad o tasa metabólica de las personas (M) y su grado de vestimenta (I_clo)
• Temperatura radiante media (T_rm)
• Velocidad relativa del aire (v_r)[1] ^[1]

En Europa se agrupan dos de estas variables, la T_rm y la T_s, bajo un índice que se denomina temperatura operativa T_o. En estados unidos se agrupan tres variables, T_rm, T_s y  ɸ, bajo un índice que se denomina temperatura efectiva T_ef.

En función del PPD la norma UNE EN 16798-1 clasifica una instalación de climatización en (no es aceptable ninguna instalación con un PPD mayor o igual del 15%):

• 5% < PPD < 6% Calidad I. Excelente o alto.
• 6% < PPD < 10% Calidad II. Normal o medio.
• 10% < PPD < 15% Calidad III. Aceptable o moderado

No existe una velocidad del aire mínima necesaria para el bienestar térmico. Si se puede utilizar una velocidad de aire más alta para compensar la sensación de calor provocada por un incremento de la temperatura seca (el control individual de alguna de las siete variables anteriores contribuye a equilibrar las diferencias existentes entre las necesidades de distintos individuos y, en consecuencia, reducir el índice PPD). En condiciones de verano, la temperatura seca puede aumentarse por encima del nivel de bienestar térmico si se dispone de ventiladores de techos o pared o ventanas practicables. En este caso es recomendable que el aumento de la velocidad del aire debe estar controlado directamente por los ocupantes y en tramos no mayores de 0,15 m/s.

Fuera de la zona ocupada[2] ^[2] es evidente que la velocidad del aire puede ser mayor de 0,2 m/s, en tanto que, el punto 3 de la IT 1.1.4.1.3 reza:

La velocidad podrá resultar mayor, solamente en lugares del espacio que estén fuera de la zona ocupada, dependiendo del sistema de difusión adoptado o del tipo de unidades terminales empleadas.

Es obvio además que, en el local, no en la zona ocupada, puede haber velocidades del aire mucho más elevadas, sobre todo en la proximidad de las zonas de impulsión, donde es habitual medir en las salidas velocidades de impulsión desde 4 m/s en rejillas hasta 10 m/s para toberas.

La velocidad media del aire en la zona ocupada se mantendrá dentro de los límites de bienestar reglados, teniendo en cuenta la actividad metabólica de las personas y su grado de vestimenta, así como la temperatura seca del aire y la intensidad de la turbulencia del aire[3] ^[3].

El punto 2 de la de la IT 1.1.4.1.3 indica de forma específica la velocidad media del aire máxima en la zona ocupada para un índice de turbulencia (Tu) del 40% (valor tipo para un sistema con difusión de aire por mezcla) y un DR = 15% y un Tu = 15% (valor típico en espacios con ventilación por desplazamiento o sin ventilación mecánica) y un DR = 10% suponiendo en ambos casos valores de T_s dentro de los márgenes de 20 °C a 27 °C:

• Difusión por mezcla y DR = 15%:                

Los puntos máximos de esas dos rectas son 0,2 m/s para el caso de un sistema por mezcla y 0,17 m/s para el sistema de difusión por desplazamiento. Luego, si no se leyera más el RITE, la velocidad del aire nunca puede ser superior a 0,2 m/s.

Sin embargo, en IT 1.1.4.1.3 punto 2 también indica que para otro valor DR (y en consecuencia otro índice de Tu), es válida la ecuación de la norma UNE-EN ISO 7730:

Está ecuación es válida para personas con actividad ligera con una sensación térmica para el conjunto del cuerpo próxima a neutral (PPD < 15%) y está indicado para predecir corrientes de aire a la altura del cuello. A la altura de los brazos y de los pies, el modelo podría sobrestimar la velocidad media del aire. La sensación de corriente es menor en actividades más intensas (> 1,2 met) y para las personas que sientan más calor que en situación neutral.

En un sistema de difusión por mezcla la intensidad (índice Tu) puede variar entre un 30% y un 60% y en el caso de ser por desplazamiento entre el 10-20%. La norma UNE EN 16798-1 clasifica las categorías de sistemas de climatización en función del índice DR en tres tipos:

• 0% < DR < 10% Calidad I. Excelente o alto.
• 10% < DR < 20% Calidad II. Normal o medio.
• 20% < DR < 30% Calidad III. Aceptable o moderado

Operando la anterior ecuación del índice DR se puede representar T_s como función de la velocidad media del aire (T_s = f(v)), para distintos índices de turbulencia y un valor de DR fijado. Se expone a continuación el caso para DR = 20% (Calidad II). Las combinaciones de velocidad media del aire y de temperatura seca dan como resultado la misma transferencia total de calor por la piel.

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[1] ^[4] El movimiento del cuerpo afecta la velocidad del aire que rodea al cuerpo humano. En consecuencia, la velocidad relativa del aire (V_r) y no la velocidad medida del aire (v) se utilizará como entrada para calcular PPD. Si la tasa metabólica es superior a 1 met, la velocidad relativa del aire se cómo: v_r = v + 0,3 (M-1). 

[2] ^[5] Representa el volumen delimitado por planos verticales paralelos a las paredes del local y un plano horizontal que define la altura. Las distancias de esos planos desde las superficies interiores del local están recogidas en el RITE.

[3] ^[6] Relación entre la desviación típica de la velocidad del aire y la velocidad media del aire.

Del gráfico se deduce para una instalación de climatización de categoría II:

• Si el sistema de difusión tiene un índice Tu = 60% y T_s = 26 ºC la velocidad media del aire debe ser menor de 0,21 m/s, si Tu = 40% v ya puede ser menor de 0,25 m/s y si Tu = 30% su v debe ser menos de 0,28 m/s.
• Si la T_s = 27 ºC, estas velocidades suben para Tu=60% a 0,23 m/s, para Tu=40% a 0,27 m/s y para Tu=30% a 0,31 m/s.

Estos valores máximos no deben fijarse como velocidades medias sin antes comprobar que con ellos el índice PPD (bienestar térmico global) es el deseado.

Por ejemplo, si estamos analizando un local con una actividad metabólica de 1,2 met, índice de vestimenta de 0,5 clo (valor típico para épocas de verano), humedad relativa comprendida entre 60% y 45% y la velocidad relativa del aire por debajo de 0,1 m/s, se consigue una calidad de la instalación II (6% < PPD <10%), si la temperatura operativa de la zona ocupada está entre 23 y 26 grados en una localidad a nivel del mar. Si realizamos la simplificación de que la temperatura seca y la temperatura radiante media de las paredes es igual, y por tanto igual a la temperatura operativa, se puede garantizar que para una instalación de calidad II por corrientes de aire se consigue con una velocidad media del aire de 0,23 m/s si el Tu= 40% y si el Tu=30% una velocidad de 0,25 m/s. Quedaría por comprobar nada más, que, con esta velocidad media del aire, el PPD sigue siendo menor del 10%.

Para ello, realizamos la entrada en la herramienta de confort térmico CBE del punto más desfavorable (v = 0,25 m/s, que corresponde a una v_r= 0,31 m/s), observando que el índice PPD no sólo es menor del 10%, sino que es menor del 6%, logrando una calidad I según el índice PPD.

Un análisis más detallado puede realizarse diferenciando la T_s y T_rm:

El gráfico indica que, si la temperatura radiante media es baja, para una misma temperatura operativa, se debe aumentar la velocidad media del aire. Al contrario, si la temperatura radiante es elevada, para una misma temperatura operativa la velocidad media del aire debe ser más baja. El gráfico indica que para una instalación de categoría II y Tu=40 % y manteniendo el PPD:

• si T_o=T_s=T_rm= 26 ºC la v debe ser menor de 0,25 m/s
• si T_rm es menor en 4 grados a T_s, para la misma T_o=26ºC, la v puede aumentar a 0,31 m/s.
• si T_rm es mayor en 4 grados a la T_s, para la misma T_o=26ºC, la v disminuye a 0,19 m/s.

La discusión anterior es para una actividad metabólica de 1,2 met y 0,5 clo como grado de vestimenta, pero si el grado de actividad es mayor, por ejemplo, en un gran centro comercial o gimnasio, las velocidades medias de aire pueden ser mayores. Evidentemente también pueden ser mayores las velocidades del aire, si se analiza una instalación tipo III y no tipo II (mayor porcentaje de insatisfechos).