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INTRODUCCIÓN
El confort térmico se define como "esa condición mental que expresa satisfacción con el ambiente térmico" (ISO, 2005, p. 10) y se evalúa de manera subjetiva (American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers, 2017, p. 3). La relación entre el confort térmico y los espacios abiertos se da por la relación inherente entre los seres humanos y el desarrollo de las actividades en espacios exteriores. Estudios dedicados al confort térmico relacionado con el entorno al aire libre han aumentado durante los últimos diez años (Cohen et al., 2013, p. 1).
De acuerdo con ANSI/ASHRAE 55 (2023, p. 4) la zona de confort está relacionada directamente con los parámetros ambientales de temperatura, humedad y velocidad del viento, así como con algunos aspectos de tipo antropogénico, como la tasa metabólica y el arropamiento. Olgyay (1963), citado en Cohen et al. (2013, p. 1), señala que la zona de confort no tiene límites reales y está sujeta a la situación geográfica y la estacionalidad; de manera general, se establece que la temperatura ambiente de confort aceptable para el ser humano va de 23 °C a 27 °C en verano, y de 20 °C a 25 °C en invierno (ANSI/ASHRAE 55, 2023). Sin embargo, es necesario considerar la adaptación térmica humana, la cual se define como el "decremento gradual de respuesta del organismo a repetidas exposiciones a estímulos que se reciben de un ambiente térmico específico" (Nikolopoulou & Steemers, 2003, p. 96, citados en Rincón et al., 2017, p. 97).
Por ello, es importante realizar estudios que identifiquen los rangos de confort óptimos para espacios exteriores de manera que puedan ser implementados en regiones que compartan características geográficas y climáticas. En el mundo hay cinco regiones con clima mediterráneo (figura 1), el cual se caracteriza por tener veranos cálido-secos e inviernos templados y lluviosos (Sanz-Cobena et al., 2017, p. 5; Polade et al., 2017, p. 1): Europa, Australia, Suráfrica, Suramérica y California.
Salata et al. (2015, p. 59) definen el rango de confort para regiones mediterráneas de 21,1 °C a 29,2 °C, el cual corresponde al periodo anual, rango obtenido mediante valores de la Physiological Equivalent Temperature (PET); además, presentan un resumen con los rangos obtenidos por varios estudios en espacios exteriores (tabla 1); por su parte, Cohen et al. (2013, p. 1) indican que el rango de confort en clima mediterráneo está entre 20 °C y 25 °C, mediante el Voto de Sensación térmica neutral.
Tabla 1 Resultados de otros estudios examinados en términos de PET y rangos de confort de temperatura operativa
Fuente: Salata et al. (2015, p. 56).
Con base en lo anterior, se puede apreciar un parámetro universal de confortabilidad térmica exterior; no obstante, a fin de contar con indicadores específicos de un sitio particular, el objetivo de este tipo de estudios es aplicar evaluaciones de campo para identificar la sensación térmica de las personas con relación al espacio circundante, con el fin de estimar rangos de confort térmico que permitan ofrecer indicadores de diseño que, para este caso, corresponde a ciudades con clima mediterráneo.
Es importante mencionar que los resultados difundidos en este documento corresponden a los indicadores térmicos estimados para el periodo frío en la ciudad de Ensenada, México; no obstante, este estudio forma parte de una investigación integral que comprende los cuatro periodos térmicos representativos de un año normalizado (frío, cálido y dos de transición térmica, de frío a calor y viceversa).
METODOLOGIA
El estudio se desarrolló con las bases metodológicas del enfoque adaptativo, recomendado para condiciones exteriores (Bojórquez et al., 2010, p. 134), dada la naturaleza con la que los sujetos se exponen a las variables climáticas del sitio y las características físicas que presenta un espacio abierto. Además, se consideró la normativa internacional existente referente al confort térmico: ISO 7730 (2005), ISO 7726 (1998), ISO 10551 (1995) y ANSI/ASHRAE 55 (2023) En general, la metodología abordada consta de dos procesos simultáneos: el registro de la percepción de los usuarios y el monitoreo de las condiciones ambientales a las que se encontraban expuestos.
Selección del sitio
El estudio se llevó a cabo en la ciudad de Ensenada, México. Presenta clima mediterráneo y se ubica al noroeste del país, en las coordenadas geográficas 31° 51' 28" N, 116° 36' 21" O (figura 2).
Fuente: elaboración propia (2024). CC BY.
Figura 2 Ubicación del sitio de estudio: de escala nacional a escala local
Los espacios de evaluación utilizados se encuentran demarcados en la Universidad Autónoma de Baja California, dada su diversidad y facilidad de acceso; entre otros: andadores, estacionamientos, malecón, jardines y plazas (figura 2). Lo anterior, con el fin de permitir una interpolación con aquellos ubicados en el resto de la ciudad.
Muestra poblacional
El universo de estudio considerado fue el total de población de la ciudad de Ensenada para 2020, equivalente a 535 361 habitantes. Así, la muestra poblacional fue diseñada estadísticamente mediante el uso de la herramienta Sample Size Calculator© (Creative Research Systems, 2012) con un nivel de confianza del 95 % y un intervalo de confianza del 5 %.
La evaluación de los sujetos que conformaron la muestra se distribuyó en función de la duración del estudio, por lo que la meta de evaluaciones diarias correspondió a 24 sujetos. Adicionalmente, se consideraron dos evaluaciones de control, tanto al inicio como al final del periodo de evaluaciones.
Periodo de evaluación
De acuerdo con el análisis climático de Ensenada, desarrollado por Rincón-Martínez et al. (2020, p. 5), el periodo frío se presenta en febrero, por lo que las evaluaciones se recabaron entre el 27 de enero y el 28 de febrero de 2020, periodo en el que la temperatura media es de 13,5 °C.
Para determinar el horario de evaluación, se consideraron los momentos térmicos extremos de un día normalizado (Fuentes, 2004), las 06:00 y las 15:00 h, respectivamente, las cuales hacen referencia a las horas más fría y más cálida del día. A este respecto, y considerando además los horarios de uso de los espacios, las evaluaciones se realizaron entre las 07:00 y 09:00 h, y las 15:00 y 17:00 h, respectivamente.
Herramientas e instrumentos de evaluación
Para la evaluación de la sensación y la preferencia térmica de los sujetos se diseñó un cuestionario (figura 3) cuya estructura se conformó con 23 reactivos organizados en 6 secciones:
Datos de control (6 reactivos).
Información del participante (4 reactivos).
Sensación ambiental del espacio (3 reactivos).
Preferencia ambiental del espacio (3 reactivos).
Información complementaria (2 reactivos).
Monitoreo físico del ambiente térmico (5 reactivos).
El cuestionario tomó como referencia la escala subjetiva de siete puntos mencionada en la ISO 10551 (1995, p. 9) y la ANSI/ASHRAE 55 (2023, p. 39), la cual fue adaptada gráficamente (por medio de emojis) a fin de que los sujetos identificaran de forma simple las posibilidades de respuesta con respecto a su sensación del ambiente térmico. La adaptación se realizó a partir de dos herramientas complementarias al cuestionario: un cubo con emojis en cada una de sus seis vistas, y un lienzo que concentraba, a modo de listado y desde una misma vista, los mismos emojis (figura 4).
Fuente: Rincón-Martínez et al. (2020). CC BY.
Figura 4 Adaptación gráfica de escala subjetiva en cubo y listado
Los equipos de trabajo consistieron en cuadrillas de tres personas, dos para realizar las evaluaciones y una como asistente para el traslado y la protección de los instrumentos de medición física.
Instrumentos de medición y variables ambientales
De manera simultánea a la aplicación del cuestionario, se registraron las variables del ambiente térmico: temperatura de bulbo seco (TBS), humedad relativa (HR) y velocidad del viento (VV). Para llevar a cabo la medición de las variables ambientales se utilizó un monitor de ambiente térmico clase I, marca 3M, modelo QUESTemp 36-3 (figura 5). Cuenta con una resolución de 0,1 °C para la TBS, 0,1 % para la HR y 0,1 m/s para la VV; así como una precisión de ±0,5 °C para la TBS, ±5,0 % para HR, y ±0,1 m/s (±4,0 % lectura) para la VV. Los instrumentos se ubicaron a diferentes alturas en función de la posición de la persona por evaluar: 0,1 m; 1,1 m y 1,7 m para personas de pie; y 0,1 m; 0,6 m y 1,1 m para personas sentadas (ISO 7726, 1998, p. 11).
Tanto la selección como la distribución y la operación del equipo de medición se llevaron a cabo con base en lo establecido en la ISO 7726 (1998) y la ANSI/ASHRAE 55 (2023).
Procedimiento de evaluación
La selección de los sujetos de estudio se hizo aleatoriamente, sin distinción de sexo, edad, arropamiento ni actividad, en situaciones o condiciones de hábitat cotidiano y con pleno respeto a las acciones de adaptación para conseguir el confort térmico en el entorno inmediato. Esto, con el fin de conformar una base de datos que concentre la percepción heterogénea y real de la población objetivo, así como las diferentes actitudes de adaptación al entorno térmico, en aras de estimar indicadores apropiados para las condiciones particulares del caso de estudio.
Posterior a la selección del sujeto, la cuadrilla de trabajo colocó los instrumentos de medición a una distancia aproximada de 1,20 m ANSI/ASHRAE 55 (2023).
Con el fin de recibir mayor aceptación para responder el cuestionario, de los 23 reactivos solo ocho fueron aplicados a los sujetos de estudio, aquellos relacionados directamente con la percepción al ambiente inmediato (sensación y preferencia del ambiente térmico); el resto de preguntas fueron recabadas a partir de la observación (sexo, nivel de arropamiento, actividad desarrollada, etc.). Durante este proceso se utilizó el apoyo gráfico de las escalas subjetivas de siete puntos, descritas en párrafos anteriores (cuestionario, cubo y listado) (figura 6). Con esta dinámica se evidenció el incremento en el grado de certidumbre con la que los sujetos emitieron su respuesta. Simultáneamente a la aplicación del cuestionario, se registraron los valores mostrados por los instrumentos de medición física. En promedio, el tiempo de aplicación del cuestionario fue de dos minutos.
Fuente: elaboración propia (2020). CC BY.
Figura 6 Traslado de equipo y aplicación de cuestionario con herramientas alternas y diversas posiciones
Al término de las evaluaciones se procedió al traslado de los instrumentos de medición al lugar de resguardo. Posteriormente, se capturaron los datos en Microsoft Excel©, a partir de valores meramente numéricos, con el propósito de procesarlos con el menor grado de error.
Procesamiento de datos
Los datos fueron correlacionados mediante el Método de Medias por Intervalos de Sensación Térmica (MIST) propuesto por Gómez-Azpeitia et al. (2007), citado y aplicado por Bojórquez et al. (2010) y por Rincón-Martínez et al. (2020), entre otros. El método consiste en correlacionar estadísticamente la sensación térmica (ST) con cada una de las variables físicas registradas, adicionando y sustrayendo 1 y 2 veces la desviación estándar (DS) de cada media para determinar el rango de confort reducido y el rango de confort reducido extenso, respectivamente. Para calcular el valor de neutralidad, se utilizó la abscisa que resulta del cruce de la ordenada 4 con la línea de regresión (figura 7).
Fuente: Rincón-Martínez et al. (2020)©.
Figura 7 Estimación de valor neutro de temperatura (Tn) con el método de medias por intervalo de sensación térmica
RESULTADOS
Se recogieron 743 observaciones, de las cuales solo 670 fueron consideradas para el análisis, ya que el resto presentaron cierto grado de incertidumbre. Ninguna de las observaciones se presentó por encima de la categoría Calor, debido a que el estudio se realizó durante el periodo frío.
Sensación térmica por temperaturas
Con base en la correlación de los datos fue posible estimar la temperatura de bulbo húmedo neutral (TBHn) en 14,1 °C, con un rango reducido de confort de 12,0 °C a 16,4 °C y un rango extenso de confort de 10,1 °C a 19,0 °C; los rangos de confort no fueron equidistantes a la TBHn, pues el límite superior presenta mayor alejamiento respecto al valor neutro (figura 8), lo que significa que la adaptación se da por encima de la temperatura media. Los valores de la media dentro de los rangos de confort extenso corresponden a las categorías 2 a 5 (Frío a Calor), mientras que para el reducido solo corresponden de la 3 a la 5 (Algo de frío a Calor).
Fuente: elaboración propia (2020). CC BY.
Figura 8 Temperatura de bulbo húmedo neutral y rangos de confort para periodo frío
Por su parte, la temperatura de bulbo seco neutral (TBSn) se estimó en 18,1 °C, con un rango de confort reducido de 15,3 °C a 21,0 °C, y un extenso de 12,6 °C a 23,8 °C. En este caso, los rangos de confort son equidistantes a la TBSn con un umbral de ±2,8 °C y ±5,5 °C, respectivamente (figura 9). Todos los valores medios están dentro del rango de confort extenso; sin embargo, los valores extremos que representan la -2 DS no se encuentran dentro de ningún rango de confort.
Fuente: elaboración propia (2020). CC BY.
Figura 9 Temperatura de bulbo seco neutral y rangos de confort para periodo frío.
Fuente: elaboración propia (2020). CC BY.
Figura 10 Temperatura de globo negro neutral y rangos de confort para periodo frío
La temperatura de globo negro neutral (TGNn) resultó en 22,7 °C, con un rango de confort reducido de 19,4 °C a 26,2 °C, y uno extenso de 16,4 °C a 29,9 °C. El límite superior del rango de confort extendido (+2 DS) presenta mayor distanciamiento con respecto a la TGNn con un valor de +7,1 °C, mientras que el límite inferior representa -6,3 °C. Sin embargo, los límites superior e inferior del rango de confort reducido se encuentran equidistantes con respecto a la media (figura 10). Además, al igual que con la TBH, los valores medios se encuentran dentro del rango de confort solo a partir de la categoría 2 (Frío).
Sensación térmica por velocidad de viento y humedad relativa
La velocidad de viento neutra (VVn) estimada fue de 0,7 m/s, con un rango de confort reducido de 0,1 m/s a 1,3 m/s, y uno extenso de 0,0 m/s a 1,9 m/s; lo que representa una amplitud de ±0,6 m/s y ±0,95 m/s, respectivamente (figura 11).
Fuente: elaboración propia (2020). CC BY.
Figura 11 Velocidad de viento neutral y rangos de confort para periodo frío
En el caso particular del análisis de la sensación térmica por humedad relativa, el número de observaciones consideradas se redujo a 502, porque se omitieron datos que representaban riesgos en el comportamiento típico de la regresión lineal, debido a las condiciones ambientales especiales llamadas Vientos de Santa Ana que se presentaron durante la aplicación de cuestionarios. La humedad relativa neutra (HRn) se estimó en 60,4 %, con rango de confort reducido de 50,2 % a 69,9 %, y uno extenso de 49,4 % a 79,3 %.
La mayoría de las observaciones registradas, tanto en la media como en la adición de ±1 DS, se encuentran dentro de los rangos de confort, principalmente los de las escalas 2, 3 y 4 (Frío, Algo de frío y Ni calor, ni frío) (figura 12).
DISCUSIÓN
El coeficiente de determinación (R2) en las variables de temperatura es alto, según Bojórquez (2010), ya que los valores de R2 se encuentran por encima del 0,88. Con respecto a la humedad relativa, es alto, solo para las líneas de regresión media y las desviaciones estándar +1 y +2, con valores superiores al 0,81; presentando un bajo grado de dispersión en las desviaciones estándar negativas con valores de 0,01 para -2 DS y 0,33 para -1 DS. En la variable de velocidad de viento es en la que se observa menor coeficiente de determinación, incluso en línea de regresión media, con un valor de R2= 0,32.
Durante el periodo de estudio, los evaluados mostraron diversos niveles de adaptación conforme el ambiente térmico. La escala 1 de sensación térmica se relaciona con evaluados ubicados en sombra, en actividad pasiva, independientemente de que tengan arropamiento por encima de 1,5 clo, ya que interviene la velocidad de viento elevada. Para los demás niveles, el arropamiento era entre 1,0 y 1,5 clo, con actividades pasivas y ligeras, y una velocidad por debajo de 1,0 m/s; estas condiciones permitieron que el mayor número de evaluados se encontrara dentro del rango de confort para periodo frío.
CONCLUSIONES
A pesar de ser regiones climáticas similares (mediterráneas), existen diferencias significativas en los rangos de confort derivadas de las particularidades locales que cada sitio presenta.
Los rangos de confort térmico estimados para el periodo frío de la ciudad de Ensenada respecto a la sensación térmica, se presentan en la tabla 2.
Tabla 2 Rangos de confort para el periodo frio de la ciudad de Ensenada
| Parámetro de confort estimado | TBH | TBS | TGN | VV | HR |
|---|---|---|---|---|---|
| Límite superior del rango de confort | 19,0 °C | 23,8 °C | 29,9 °C | 1,9 m/s | 79,3 % |
| Variable neutra | 14,1 °C | 18,1 °C | 22,7 °C | 0,7 m/s | 60,4 % |
| Límite inferior del rango de confort | 10,1 °C | 12,6 °C | 16,4 °C | -0,6 m/s | 49,4 % |
| Amplitud del rango de confort | -4,0 K / 4,9 K | -5,5 K / 5,7 K | -6,3 K / 7,2 K | ±1,2 m/s | -11 % / 18,9% |
Fuente: elaboración propia (2020). CC BY.
Por lo tanto, el rango de temperatura estimado con el método MIST para el periodo térmico frío se establece en 12,6 a 23,8 °C, el cual es menor al establecido por Cohen et al. (2013, p. 1) para el mismo periodo y condiciones climáticas similares, tanto con respecto al límite inferior como al superior, con una diferencia de 6,4 K y 1,2 K, respectivamente. De igual manera, el límite inferior estimado en el presente estudio resultó menor al presentado por Yahia y Johansson (2013, p. 1) mediante el PET, con una diferencia de 8,4 K. Así mismo, presenta las mismas diferencias con relación a los límites inferiores del rango de confort anual presentados por Andrade et al. (2011, p. 677) y Salata et al. (2015, p. 1).
En la tabla 3 se muestran los rangos de confort térmico estimados para diferentes ciudades con base en las investigaciones consultadas como parte del estado del arte de este estudio, con el fin de presentar un referente respecto a los resultados obtenidos y su posible aplicabilidad en sitios con condiciones físicas similares.
Tabla 3 Comparación de rangos de confort en periodo frío o anual en ciudades de clima mediterráneo
| Ciudad | Clasificación climática | Método | Rango de confort en invierno | Rango de confort anual |
|---|---|---|---|---|
| Damasco, Siria (Yahia & Johansson, 2013) | Bsk | PET | 21 - n.a. °C | |
| Ensenada, México (presente estudio) | Bsk | MIST | 12,6 ÷ 23,8 °C | |
| Lisboa, Portugal (Andrade et al., 2011) | Csa | PET | - | 21 ÷ 23 °C |
| Roma, Italia (Salata et al., 2015) | Csa | PET | - | 21,H 29,2 °C |
| Tel Aviv, Israel (Cohen et al., 2013) | Csa | PET | 19 - 25 °C | 19 - 26°C |
Fuente: elaboración propia (2020). CC BY.
El hecho de que el rango de confort estimado por el método MIST sea más bajo que los establecidos en las investigaciones analizadas se debe a varios factores: las condiciones específicas de cada sitio y a las características específicas de cada investigación.
Ensenada es una ciudad costera que colinda con el océano Pacífico, por lo que tiene una influencia directa del mar, lo que da como resultado una humedad relativa promedio anual de 75 %, con temperatura promedio máxima y mínima de 21,4 °C y 13,2 °C, respectivamente. En comparación, Damasco, que tiene la misma clasificación climática que Ensenada, se encuentra a 620 msnm y no cuenta con cuerpos de agua cercanos, presenta temperaturas mínimas en invierno alrededor de los 0 °C, y una humedad relativa máxima del 60 % durante el invierno y cercana al 45 % durante el verano. Otra comparación es con Roma, que no tiene la misma clasificación climática, pero presenta condiciones de humedad relativa similares a las de Ensenada, a pesar de no contar con cuerpos de agua cercanos -el mar, como en el caso de Tel-Aviv (que presenta un rango de humedad relativa entre 55 % y 60 % en invierno), o ríos, como en Lisboa-.
En cuanto a las diferencias de las investigaciones, en la presente se efectuaron las entrevistas en dos horarios específicos y considerados los más críticos en cuestión de temperaturas, mientras que en la investigación de Andrade et al. (2011) se efectuaron las entrevistas solamente por las tardes a mujeres y hombres (53 % y 47 %, respectivamente) en diferentes grupos de edad, principalmente entre 25-34 años, en diferentes niveles de actividad, principalmente de pie (75 %) y con un arropamiento máximo de 1,75 clo en invierno. Los espacios donde se llevaron a cabo las encuestas se encuentran a la orilla del río Tagus, son principalmente abiertos, áreas pavimentadas o ajardinadas; por su parte, en Cohen et al. (2013) se llevaron a cabo en tres tipos de espacios abiertos: parque urbano, una plaza pública y una calle cañón, en un periodo de cuatro años, y la mayor cantidad de encuestas se realizaron durante el invierno (931 de 1731), en un rango de edades menores a 50 años, predominando el grupo entre 30 a 40 años. En la de Salata et al. (2015, p. 51), las entrevistas se realizaron durante el día, en diferentes horarios, en rangos de horas más amplios que los utilizados en el presente estudio, y efectuaron la mayor cantidad de entrevistas durante el periodo de invierno (32 %). Los usuarios fueron mujeres y hombres (41 % y 59 %, respectivamente), con el grupo de edad predominante de 19 a 24 años. Las áreas de estudio se encontraban rodeadas por edificaciones de dos o más niveles y en algunos casos sombreados con vegetación. No hacen referencia a los resultados de arropamiento y actividad.
En Yahia y Johansson (2013, p. 617), las áreas de estudio eran similares a las del presente estudio, pero en horarios predominantemente al mediodía; solo efectuaron dos encuestas en invierno en un horario alrededor de las 08:00 h y la mayoría concluían máximo a las 15:00 h.
Con lo anterior, se establece la importancia de determinar los rangos de confort específicos de cada región, ya que permite ofrecer diseños arquitectónicos y paisajísticos congruentes con los requerimientos del sitio y los procesos de adaptación del ocupante.
Es necesario analizar las características físicas propias de cada sitio, las condiciones de uso y las características de los usuarios, para poder crear propuestas de diseño de espacios exteriores acordes a las necesidades del sitio.
Con los rangos de confort establecidos en el presente estudio se pueden desarrollar estrategias específicas de diseño según las características de la población, en las diferentes ciudades de las cinco regiones mediterráneas que cuenten con características geográficas similares, así como similitudes en temperaturas promedio, altitud y cercanía al mar, ya que todas ellas cuentan con territorio costero.
Si bien la presente investigación se enfoca en determinar el rango de confort para espacios exteriores en ciudades con clima mediterráneo, esta puede tomarse como referencia para futuras investigaciones de la habitabilidad en espacios exteriores, como metodología para establecer rangos de confort en diferentes periodos térmicos y/o en otros tipos de clima.
