Temperatura radiante media

tipo de temperatura

El concepto de temperatura radiante media ( MRT ) se utiliza para cuantificar el intercambio de calor radiante entre un ser humano y su entorno, con miras a comprender la influencia de las temperaturas de la superficie en el confort personal. La temperatura radiante media se ha definido cualitativamente y evaluado cuantitativamente para ambientes interiores y exteriores. ^{[1] [2] [3]}

La MRT se ha definido como la temperatura uniforme de un recinto imaginario en el que la transferencia de calor radiante desde el cuerpo humano es igual a la transferencia de calor radiante en el recinto no uniforme real. ^[4]

MRT es un concepto útil ya que el intercambio neto de energía radiante entre dos objetos es aproximadamente proporcional al producto de su diferencia de temperatura multiplicado por su emisividad (capacidad de emitir y absorber calor). La MRT es simplemente la temperatura media ponderada por área de todos los objetos que rodean el cuerpo. Esto es significativo siempre que las diferencias de temperatura de los objetos sean pequeñas en comparación con sus temperaturas absolutas , lo que permite la linealización de la ley de Stefan-Boltzmann en el rango de temperatura relevante. ^{[ cita necesaria ]}

La MRT también tiene una fuerte influencia en los índices de confort termofisiológico, como la temperatura equivalente fisiológica (PET) o el voto medio previsto (PMV). ^[5]

Lo que experimentamos y sentimos en relación con el confort térmico en un edificio está relacionado con la influencia tanto de la temperatura del aire como de la temperatura de las superficies de ese espacio, representada por la temperatura radiante media. El MRT está controlado por actuaciones de recinto. ^{[ cita necesaria ]}

La temperatura operativa , que es una medida más funcional del confort térmico en un edificio, se calcula a partir de la temperatura del aire, la temperatura radiante media y la velocidad del aire. ^[6] Mantener un equilibrio entre la temperatura operativa y la temperatura radiante media puede crear un espacio más cómodo. ^[7] Esto se logra con un diseño eficaz del edificio, del interior y con el uso de refrigeración radiante de alta temperatura y calefacción radiante de baja temperatura. ^[8]

En entornos exteriores, la temperatura radiante media se ve afectada por la temperatura del aire pero también por la radiación del calor absorbido de los materiales utilizados en aceras, calles y edificios. Puede mitigarse mediante la cobertura de árboles y espacios verdes, que actúan como fuentes de sombra y promueven el enfriamiento por evaporación. La temperatura radiante media experimentada en el exterior puede variar ampliamente dependiendo de las condiciones locales. Por ejemplo, las mediciones tomadas en Chapel Hill, Carolina del Norte, para examinar la exposición a las islas de calor urbanas oscilaron entre 93 y 108 °F (34 y 42 °C). ^[9]

Cálculo

Existen diferentes formas de estimar la temperatura radiante media, ya sea aplicando su definición y utilizando ecuaciones para calcularla, o midiéndola con determinados termómetros o sensores. ^{[1] [2]}

Dado que la cantidad de calor radiante perdido o recibido por el cuerpo humano es la suma algebraica de todos los flujos radiantes intercambiados por sus partes expuestas con las fuentes circundantes, la MRT se puede calcular a partir de la temperatura medida de las paredes y superficies circundantes y sus posiciones con respecto a la persona. Por lo tanto, es necesario medir esas temperaturas y los factores de ángulo entre la persona y las superficies circundantes. ^[4] La mayoría de los materiales de construcción tienen una alta emitancia ε, por lo que se puede suponer que todas las superficies de la habitación son negras. Debido a que la suma de los factores de ángulo es la unidad, la cuarta potencia de MRT es igual al valor medio de las temperaturas de la superficie circundante elevada a la cuarta potencia, ponderada por los respectivos factores de ángulo.

Se utiliza la siguiente ecuación: ^{[4] [10]}

${\displaystyle MRT^{4}=T_{1}^{4}F_{p-1}+T_{2}^{4}F_{p-2}+...+T_{n}^{4}F_{p-n}}$

dónde:

${\displaystyle MRT}$  es la temperatura radiante media;

${\displaystyle T_{n}}$        es la temperatura de la superficie "n", en Kelvins ;

${\displaystyle F_{p-n}}$   es el factor de ángulo entre una persona y la superficie "n".

Si existen diferencias de temperatura relativamente pequeñas entre las superficies del recinto, la ecuación se puede simplificar a la siguiente forma lineal: ^{[4] [10]}

${\displaystyle MRT=T_{1}F_{p-1}+T_{2}F_{p-2}+...+T_{n}F_{p-n}}$

Esta fórmula lineal tiende a dar un valor más bajo de MRT, pero en muchos casos la diferencia es pequeña. ^[4]

En general, los factores angulares son difíciles de determinar y normalmente dependen de la posición y orientación de la persona. Además, este método se vuelve complejo y requiere mucho tiempo a medida que aumenta el número de superficies y tienen formas elaboradas. Actualmente no existe ninguna forma de recopilar estos datos de manera efectiva. Por esta razón, una forma más sencilla de determinar el MRT es midiéndolo con un termómetro específico.

Medición

Un medidor de temperatura de globo húmedo portátil , incluido un termómetro de globo negro (izquierda)

La MRT se puede estimar utilizando un termómetro de globo negro . El termómetro de globo negro consta de un globo negro en cuyo centro se coloca un sensor de temperatura como el bulbo de un termómetro de mercurio, un termopar o una sonda de resistencia. En teoría, el globo puede tener cualquier diámetro, pero como las fórmulas utilizadas en el cálculo de la temperatura radiante media dependen del diámetro del globo, generalmente se recomienda un diámetro de 15 centímetros (6 pulgadas), especificado para su uso con estas fórmulas. Cuanto menor es el diámetro del globo, mayor es el efecto de la temperatura y la velocidad del aire, provocando así una reducción en la precisión de la medición de la temperatura radiante media. Para que la superficie exterior del globo absorba la radiación de las paredes del recinto, la superficie del globo deberá oscurecerse, ya sea mediante un revestimiento electroquímico o, más generalmente, mediante una capa de color negro mate. pintar. ^[4] Este termómetro mide en realidad la temperatura del globo (GT), tendiendo al equilibrio térmico bajo el efecto de la convección y la radiación provenientes de las diferentes fuentes de calor del recinto. Gracias a este principio, conocer GT permite determinar la temperatura radiante media MRT. ^[4] Según la Norma ISO 7726, la ecuación que se utiliza con mayor frecuencia (convección forzada) es la siguiente:

${\displaystyle MRT=\left[\left(GT+273.15\right)^{4}+{\frac {1.1\cdot 10^{8}\cdot v_{a}^{0.6}}{\varepsilon \cdot D^{0.4}}}(GT-T_{a})\right]^{1/4}-273.15}$

dónde:

${\displaystyle MRT}$es la temperatura radiante media (°C);

${\displaystyle GT}$      es la temperatura del globo (°C);

${\displaystyle v_{a}}$        es la velocidad del aire al nivel del globo (m/s);

${\displaystyle \varepsilon }$          es la emisividad del globo (sin dimensión);

${\displaystyle D}$         es el diámetro del globo (m);

${\displaystyle T_{a}}$        es la temperatura del aire (°C);

Y para el globo estándar (D = 0,150 m, = 0,95): ${\displaystyle \varepsilon }$

${\displaystyle MRT=\left[\left(GT+273.15\right)^{4}+2.5\cdot 10^{8}\cdot v_{a}^{0.6}(GT-T_{a})\right]^{1/4}-273.15}$

La medición se ve afectada por el movimiento del aire porque el GT medido depende tanto de la convección como de la transferencia de radiación. Al aumentar efectivamente el tamaño del bulbo del termómetro, se reduce el coeficiente de transferencia por convección y el efecto de la radiación aumenta proporcionalmente. Debido a las corrientes de aire convectivas locales, GT normalmente se encuentra entre la temperatura del aire y MRT. Cuanto más rápido se mueve el aire sobre el termómetro mundial, más se acerca GT a la temperatura del aire.

Además, dado que el MRT se define con respecto al cuerpo humano, la forma del sensor también es un factor. La forma esférica del termómetro de globo proporciona una aproximación razonable a la de una persona sentada; Para las personas que están de pie, el globo, en un entorno radiante no uniforme, sobreestima la radiación del suelo o del techo, por lo que un sensor elipsoide proporciona una mejor aproximación. ^[10]

Hay varias otras precauciones que se deben tomar al usar un termómetro de globo negro, dependiendo de las condiciones de la medición. Además, existen diferentes métodos de medición, como el radiómetro de dos esferas y el sensor de temperatura constante del aire. ^[4]

Ver también

• Comodidad térmica
• Calefacción, ventilación y aire acondicionado
• ASHRAE
• Glosario de HVAC

Referencias

1. Guo, Hongshan; Aviv, Dorit; Loyola, Mauricio; Teitelbaum, Eric; Houchois, Nicolás; Meggers, Forrest (1 de enero de 2020). "Sobre la comprensión de la temperatura radiante media tanto en el ambiente interior como exterior, una revisión crítica". Reseñas de energías renovables y sostenibles . 117 : 109207. doi : 10.1016/j.rser.2019.06.014 . ISSN  1364-0321. S2CID  208834605 . Consultado el 6 de diciembre de 2022 .
2. abBean, Robert (2010). "Temperatura radiante media (MRT) - Parte I". Calefacción Saludable . Consultado el 6 de diciembre de 2022 .
3. Di Nápoles, Claudia; Hogan, Robin J.; Pappenberger, Florian (1 de julio de 2020). "Temperatura radiante media a partir de modelos numéricos de predicción del tiempo a escala global". Revista Internacional de Biometeorología . 64 (7): 1233-1245. doi : 10.1007/s00484-020-01900-5 . ISSN  1432-1254. PMC 7295834 . PMID  32274575. 
4. "ISO 7726. Ergonomía del ambiente térmico - Instrumentos de medida de cantidades físicas" . Ginebra, Suiza: Organización Internacional de Normalización. Noviembre de 1998.Vigente a partir de 2021.
5. Fanger, PO (1970). Confort Térmico: Análisis y Aplicaciones en Ingeniería Ambiental . Nueva York: McGraw Hill.
6. Reynolds, Mike (8 de febrero de 2020). "Diseño de viviendas para el confort humano". ecoHOME .
7. Matzarakis, Andreas. Estimación y Cálculo de la Temperatura Radiante Media dentro de Estructuras Urbanas .
8. Mclntyre y Griffiths, DA e ID (1972). Respuesta del sujeto a ambientes radiantes y convectivos .
9. Waldrop, M. Mitchell (19 de octubre de 2022). "¿Qué pueden hacer las ciudades para sobrevivir al calor extremo?". Revista Conocible . doi : 10.1146/conocible-101922-2 . Consultado el 6 de diciembre de 2022 .
10. 2009 Fundamentos del manual de ASHRAE, ASHRAE, Inc., Atlanta, GA.

enlaces externos

• http://ergo.human.cornell.edu/DEA3500allnotes.html