Análisis del confort térmico en residencias de ancianos en clima continental mediterráneo

Este proyecto forma parte del programa coordinado que tiene por objeto analizar el confort térmico de personas mayores en Centros Residenciales situados en el espacio de cooperación transfronterizo de España-Portugal y predecir qué condiciones térmicas son aceptables o preferidas para este grupo de personas. 

El proyecto 1. Análisis del confort térmico en residencias de ancianos en clima continental mediterraneo está previsto en 4 etapas: 

1ª Etapa: Selección centros objeto de estudio 

Selección de 5 centros representativos. 

2ª Etapa: Trabajo de campo 

La recogida de datos se empezó en febrero, justo después de firmar el contrato y una vez se hubo adquirido el equipo.

Recogida de los datos de campo (condiciones interiores y exteriores de las zonas comunes de los centros) (monitorización) y la evaluación subjetiva (sensación térmica ST) de sus residentes a lo largo de todo un año (encuesta). 

Monitorización

Monitorización de la temperatura seca (Taext) y humedad relativa (HRext) exterior, temperatura seca (Ta) y humedad relativa (HR), temperatura radiante media (Trm) y velocidad del aire (va) de los espacios ocupados.

Encuesta de satisfacción

La información necesaria de cada una de las encuestas se resume en:

1. Información básica de la persona encuestada: sexo, edad, índice de masa corporal, tiempo que lleva en la residencia, altura y peso.

2. Nivel de ropa (clo) y tasa metabólica (met) en el momento de realizar la encuesta.

3. Sensación térmica (ST), Preferencia (P) y Aceptabilidad (A) y comportamiento adaptativo. La sensación térmica se expresa en la escala Ashrae de 7 puntos, la preferencia en la escala de tres puntos y la aceptabilidad de dos puntos. Las opciones del cuestionario se enumeran en la siguiente tabla.

3ª Etapa: Análisis de datos y desarrollo del modelo de confort térmico

Para llegar a determinar el modelo de confort térmico para la gente mayor, se analizarán previamente tanto las características de los encuestados como los datos de satisfacción obtenidos de las encuestas y las condiciones ambientales interiores y exteriores. Se analizarán tanto los residentes como los cuidadores.

Análisis de datos

Visualización a través de un histograma de la temperatura seca interior y exterior y humedad relativa interior y exterior. Relación entre las variables (Edad, el peso, altura e índice de masa corporal, tasa de ropa y tasa metabólica) y la sensación térmica (ST). Relación entre las variables (Edad, el peso, altura e índice de masa corporal, tasa de ropa y tasa metabólica) y la To. Relación entre las variables (va, PMV, ST) y la To. Relación entre relación entre las variables (tasa de ropa y tasa metabólica) y la Text.

Comprobación del modelo de confort térmico del voto medio previsto

Se comprobará el modelo PMV (Voto Medio Previsto) y el modelo adaptativo.

Desarrollo de un modelo estadístico de confort térmico para la gente mayor

Con los datos recogidos se determinará el modelo estadístico de confort térmico basado en el modelo adaptativo y se comprobará su validez en edificios ventilados naturalmente y con ventilación forzada. También se contrastarán los resultados obtenidos de los residentes y de los cuidadores.

2. Actividades realizadas hasta la fecha e hitos alcanzados 

1a Etapa: Selección centros objeto de estudio Realizado. 

Los centros seleccionados son representativos del clima continental mediterraneo. Los centros pertenecen a Sanitas Mayores y se ubican en: 

2.1. Centro 1. La Seu 

2.1.1. Edificio y rutina de los residentes 

Se encuentra en el centro de Valencia. Se contruyó en 1927 para ser un convento. En 1997 se hicieron reformas estructurales y se habilitó como residencia, cuya ocupación actual es de 150 residentes. El edificio se divide en 5 plantas. La PB consta de: 3 salas (sala de actividades lúdicas o talleres, sala “Serranos”, sala “La Seu”), un comedor, un gimnasio y 5 habitaciones. De las plantas P1 a P4 se encuentran las habitaciones, todas ellas con una misma distribución salvo la P4 que solo tiene 10 habitaciones. Cabe destacar que es la única residencia dónde las plantas no están sectorizadas por nivel de deterioro cognitivo y todas las actividades se realizan en la PB. No hay comedores ni salas en las plantas de habitaciones. Por este motivo, se establecen tres turnos en lo que se refiere a las comidas. 

A continuación, se muestra una estimación de los horarios que suelen ser empleados según actividad o espacio: 

- Gimnasio: orientación a la calle. Con poca luz natural. Unas 10 personas. Tratamientos individuales con dos fisioterapeutas de 10:30 a 11:30. 

- Sala de actividades lúdicas/talleres: al lado del gimnasio. Orientación a la calle. Unas 10 personas. Actividades de mañana y de tarde. Durante la primera semana de campañas experimentales se observó que por la tarde la muestra oscila entre 3-4 personas y la actividad es cine. Por lo tanto, no se puede medir. 

- Sala “La Seu”: orientada al patio. 3 espacios muy diferenciados con sofás en forma de U. Se nota mucho calor. En la visita inicial se planteó realizar diferentes tomas de datos debido a la magnitud de la sala y las diferentes características de los diferentes espacios. La capacidad se estimaba alrededor de 50 personas (unos 10-12 residentes por sector). En base a las campañas experimentales, las auxiliares recomiendan no posicionar el equipo de medida en medio de cada sector porque éste podría sufrir daños. Además, los residentes que se encuentran en esta sala presentan una afectación significativa del estado cognitivo. 

- Sala “Serranos”: orientada al patio. También consta de 3 espacios, pero no tan diferenciados como en la sala “La Seu”. Se calcula una ocupación máxima de 50 personas (unos 10-12 por sector). Sobre las 12h del mediodía se encuentran todos los residentes del segundo y tercer turno de comidas sentados (hablando con compañeros o leyendo). Por la tarde y a partir de las 17h, se pueden iniciar las encuestas. 

- Comedor: Entre calle y patio. Se hacen 3 turnos, de los cuales se recomienda asistir al segundo y realizar las encuestas cuando los residentes están comiendo el postre. La capacidad de la sala se estima en unas 50 personas, pero debido al período de tiempo tan corto para desarrollar las encuestas, solo se puede preguntar a unas 5 personas (considerando entre 2-5’ por encuesta). A nivel de confort, se detecta un alto contraste térmico (sensación de frío). 

- Merienda: la ofrecen las auxiliares de 15:30 a 17:30 y va por grupos (turnos) y salas. 

2.1.2. Instalación de climatización y ventilación 

El sistema de climatización es todo agua a dos tubos con una caldera (calefacción) y una bomba de calor (refrigeración, aunque podría funcionar para calefacción). Un único circuito cerrado con una bomba y otra de reserva. 

Las habitaciones y PB se climatizan con fancoils. La P4, al estar en contacto con la cubierta, los fancoils no son suficientes y además se dispone de splits individuales por habitación. De hecho, en alguna habitación solo hay splits y los pasillos no están climatizados. Los datos más característicos a tener en cuenta son los siguientes: 

- Horario de funcionamiento de los fancoils: de 7:00 de 22:00 

- Temperatura de consigna: entre 20 y 22oC 

El edificio no dispone de ventilación forzada. Se abren ventanas de las habitaciones y pasillos por las mañanas para ventilar. Durante las campañas experimentales, se experimentan corrientes de aire a lo largo del día. En referencia a ACS, hay una caldera independiente y tres acumuladores situados en la PB. 

2.2. Centro 2: Mas Camarena 

2.2.1. Edificio y rutina de los residentes 

El edificio de “Mas Camarena” se encuentra en Bétera y se construyó en el año 2000 como residencia, a diferencia del resto de edificios que han sufrido remodelaciones para adaptarlos a su fin. Con una capacidad de alrededor de 115 residentes, dicho centro está constituido por una P-1, una PB y 3 plantas. Los detalles se muestran continuación: 

- P-1: servicios de cocina y lavandería. 

- PB: salas de terapia ocupacional y talleres, gimnasio, peluquería, despachos y médico. 

- P1, P2, P3: habitaciones y comedor por planta. 

- P1: residentes discapacitados mayores (45 residentes) 

- P2: residentes con buen estado cognitivo (45 residentes) 

- P3: jóvenes discapacitados (25 residentes) 

El comedor y salón de planta ahora son el mismo espacio. Las habitaciones dobles e individuales están repartidas en las plantas. A nivel de horarios, de 9:00 a 10:00 se da el desayuno en el comedor de cada planta mediante dos turnos. La comida también está fijada en dos turnos: Un grupo de 12:30 a 13:30 y otro de 13:30 a 14:30. La merienda está establecida a partir de las 16:30h. 

El gimnasio era antes la cafetería. A nivel constructivo se observan ventanas a dos fachadas, con orientación a la calle y al patio. Se suelen encontrar dos fisioterapeutas. En lo que se refiere horarios, hay dos grupos: de 11:00 a 12:00 y otro de 12:00 a 13:00. Cada grupo 12-13 personas (incluidas personas del CD). 

La sala de terapia ocupacional tiene grandes ventanales orientados al patio interior. Cuando no hay actividad, se calcula una ocupación de unas 7 personas. Cuando hay actividades unas 20 personas. 

2.2.2. Instalación de climatización y ventilación 

El centro Mas Camarena dispone de un sistema agua aire con una caldera de condensación principal para calefacción y ACS y una caldera de apoyo solo para calefacción, una enfriadora principal y una de apoyo. 4 circuitos de refrigeración: zona norte, zona este, zona oeste y sótano. También dispone de una Unidad de Tratamiento de Aire (UTA) en la cubierta aportando aire a todos los fancoils del edificio. 

En las plantas de habitaciones se calculan unos 4 fancoils (pasillo largo, pasillo corto, comedor y salón). Ahora el comedor y el salón son un único espacio y a veces con solo un fancoil es suficiente. En la PB hay 5 unidades de fancoils. Algunos de éstos comparten salas (oficinas, reuniones, recepción, etc.). El gimnasio de la PB se climatiza a través de un Split. No se sabe el motivo, pero podría ser debido a que anteriormente este espacio había sido la cafetería. Las habitaciones solo disponen de calefacción a través de radiadores (uno en la habitación y otro en el lavabo de la habitación salvo la P3 que hay splits. Los datos más significativos a contemplar son los siguientes: 

- Horario de funcionamiento: 24 horas en invierno hasta finales de febrero. Luego calefacción desde las 19:00 hasta las 8:00 (encendido por la noche). 

- Temperatura de consigna: 24oC. 

2.3. Centro 3: Sagrada Familia 

2.3.1. Edificio y rutina de los residentes 

El edificio de Sagrada Familia se encuentra en Barcelona y se desconoce el año de construcción. Este centro se divide en 5 plantas. En la PB se encuentran las zonas comunes (dos salas de estar –una utilizada como biblioteca y la otra como sala de televisión; comedor; despachos; y recepción). En la P-1 hay la parte de servicios (médico, peluquería etc) así como el gimnasio y sala de terapia ocupacional/taller para actividades grupales dirigidas (unas 15- 20 personas). En cuanto a distribución del resto de plantas, se destacan los siguientes aspectos: 

- P1, 2 y 3: habitaciones, sala de estar y comedor. Los residentes hacen vida en planta, ya que tienen un estado cognitivo bajo o no presentan movilidad (algunos están en cama). 

- P4 y 5: habitaciones con sala de estar, pero sin comedor. Los residentes bajan a la PB a comer y para actividades lúdicas. Residentes más autónomos. Con un total 116 habitaciones, éstas pueden ser individuales o compartidas en cada planta, alcanzando un total de 145 residentes (P1: 26 residentes; P2: 26 residentes; P3: 29 residentes; P4,5,6: 66 residentes) a parte de los 6 en el centro de día. 

A nivel orientativo, los horarios por espacios o actividad son: 

- De lunes a viernes siempre hay actividades en el gimnasio de 10:00 a 13:00. 

- Los martes y jueves los residentes salen a pasear de 11:30 a 13:00. 

- De 14:00 a 15:30 todos hacen siesta o bien reposan en la cama o en las salas de estar. 

Durante la mañana hay actividades continuadas. De 17:00 a 19:00 se reúnen grupos de domino en la sala “biblioteca” de la PB. En la sala de la televisión, la mayoría de los residentes suelen estar dormidos y mitad de la sala presenta un estado cognitivo bajo, cuesta de identificar que residente podría ser encuestado. A nivel general, se calculan unas 15 o 20 personas por sala. Cabe destacar que todo son ventanas con orientación sur y si no se corren las cortinas, la temperatura del globo se podría ver altamente afectada al entrar radiación solar directa. 

- La merienda es a las 16:30 en las salas de la PB para los residentes con movilidad o buen estado cognitivo, pero no es obligatoria. En esta franja horaria también suelen haber familiares. 

2.3.2. Instalación de climatización y ventilación 

Sistema todo-agua a dos tubos con dos calderas y dos enfriadoras y fancoils para cada sala y habitación. Una caldera de condensación con alto rendimiento es la que está funcionando constantemente. Para los picos de consumo, se emplea una caldera de soporte con menor rendimiento, pero gran capacidad (más vieja). Todos los fancoils cuelgan del mismo circuito y presentan 3 velocidades. La temperatura de consigna es de 22oC para todo el edificio. El control, el cual se encuentra centralizado desde el ordenador de recepción, se establece por horario de planta y modo de encendido / apagado. Puntualmente se podría modificar por habitación. Se distinguen varios horarios de funcionamiento de los fancoils: 

- PB: de 7:30 a 22:00. La calefacción conectada casi siempre todo el día. 

- Habitaciones sin personas en cama durante todo el día: de 7:00 a 10:00; de 13:00 a 14:30; y de 19:00 a 22:00. 

En relación a la ventilación, hay 7 recuperadores de calor que estan vinculados a cada planta y alguno adicional para la cocina y comedores. A nivel de ventilación natural, se abren ventanas por la mañana. 

2.4. Centro 4. Provença 

2.4.1. Edificio y rutina de los residentes 

El centro residencial de Provença se encuentra en Barcelona y dispone de 124 residentes distribuidos en 6 plantas + PB. En la planta PB hay los despachos, el gimnasio para tratamientos individualizados con fisioterapia, la peluquería y la recepción. Los residentes no se mueven de la planta a la que pertenecen y suele haber una ocupación constante de unos 22 por piso y unos 7-8 por actividad. Además, están distribuidos por grado de estado cognitivo. Por este motivo, podemos resaltar que de las plantas P4 a P6 se encuentran los usuarios con buen estado cognitivo. 

Cada planta consta de: un comedor; una sala de estar donde se realizan actividades grupales (de fisioterapia o terapia ocupacional) y se merienda; habitaciones. En general, las cámaras son dobles (A y B). Respecto a las actividades, estas se desarrollan a lo largo de todo el día y en todas las plantas (de las 10:00 a las 19:00). El espacio escogido puede ser la sala de estar de cada planta o áreas con uso polivalente como pueda ser el comedor de la P4. No hay cafetería. 

2.4.2. Instalación de climatización y ventilación 

Sistema todo-agua a dos tubos con 2 calderas de condensación (para radiadores de habitaciones, fancoils de los espacios comunes y ACS) y una enfriadora (para fancoils de los espacios comunes). No hay refrigeración en las habitaciones. 

Los circuitos de radiadores están distribuidos en zonas: nord-oeste y sur-oeste, mientras que los fancoils tienen un solo circuito para todo el edificio. Los horarios de funcionamiento, sin posibilidad de modificación, son: 

- Horario de funcionamiento radiadores: de 6:00 a 9:00, de 13:00 a 16:00 y de 19:00 a 24:00. Estos horarios son así porqué sirven a las habitaciones y los residentes están en las habitaciones al levantar-se, para la siesta y al irse a dormir. 

- Horarios de funcionamiento fancoils: de 10:00 a 19:00. Temperatura de consigna: 22oC en invierno. Cada fancoil tiene su propio termostato de paro y encendido, pero lo controla el técnico de mantenimiento. 

En relación a la ventilación, se destaca la forzada en todo el edificio y se regula mediante un sensor de CO2 ubicado en la P4. Sin embargo, el técnico de mantenimiento asegura que el edificio consta de dos sistemas de ventilación (uno para las plantas de P0 a P3 con recuperador de calor y uno para las plantas de P4 a P6 con ventilador de aportación y ventilador de extracción). En este sistema no hay recuperador de calor por temas de espacio en la cubierta. 

2.5. Centro 5. Tarragona 

2.5.1. Edificio y rutina de los residentes 

El centro de Tarragona, con cubierta de cristal y un gran patio interior, se construyó en los años 60 para las Hermanitas de la Caridad y fue rehabilitado entre el 2003 y 2008. A finales de verano, se prevé una ampliación (ascensor y destinar la planta de despachos a habitaciones). Este edificio también se caracteriza por ser el más vertical de todos (11 plantas) así como presentar una grande sectorización en función del estado cognitivo de los residentes, tal y como se detalla: 

- 9 plantas de habitaciones. P5–P9 tienen la misma distribución (cámaras dobles compartidas) y los usuarios tienen un buen nivel cognitivo. De la P4 hacia abajo, las habitaciones son individuales con baño compartido y los principales usuarios muestran un nivel de deterioro cognitivo elevado. Sin embargo, los fisioterapeutas y la psicóloga informaron durante la campaña experimental que hay pacientes de la planta P3 que podrían contestar bien las preguntas formulados en la encuesta. 

- PB: despachos y recepción. 

- P-1 zonas comunes (cafetería, sala fisioterapia, sala de cine, sala de terapia ocupacionales o talleres, sala musicoterapia, biblioteca y centro de día). Cada planta tiene su comedor donde se desayuna, se almuerza y se cena. La merienda se sirve en la cafetería de la P-1. 

A nivel de rutinas, se establece el siguiente horario: 

- 7:00 se levantan / 9:00 desayunan 

- 10:15: actividad de fisioterapia con uno o dos profesionales. En la sala de actividades se calculan unas 30 personas y la duración sería de unos 15 minutos. En el gimnasio, se reduce el tiempo de actividad ya que se trata de unas 15 personas con tratamientos individualizados. 

- 11:15: actividad de estimulación cognitiva con el educador, la psicóloga, el/la animador/a o TASOC en la sala de terapias de la P-1. Unas 15-20 personas. Se estima una duración cercana a los 45 min. 

- 13:00: almuerzo (una hora). Cada planta tiene su comedor. 

- 16.30h-17:00: merienda en el casal/cafetería para los perfiles autónomos (80 personas) (unos 30 minutos). 

- 17:30: actividad lúdica en diferentes salas de la P-1 (cine, bingo, juegos de mesa, etc.) (de 20 a 25 personas). 

2.5.2. Instalación de climatización y ventilación 

La climatización es en base a splits. 

2ª Etapa: Trabajo de campo

La recogida de datos se empezó en febrero, justo después de firmar el contrato y una vez se hubo adquirido el equipo.

2.6 Monitorización 

Para la monitorización de la temperatura seca (Ta) y humedad relativa (HR) de los espaciosocupados, temperatura radiante media (Trm) y velocidad del aire (va) se compró el equipo Delta Ohm HD 32.3.

                                                                                             

Para la temperatura seca (Taext) y humedad relativa (HRext) exterior se utilitzarán los datos de las estaciones metereológicas más cercanas al edificio.

Para cada sala monitorizada, se generó una tabla con la media, desviación, mínimo y máximo de todas las variables monitorizadas.

Tabla 1. Formato de recogida de datos monitorizados.

                                                            

2.7 Encuesta de satisfacción 

Para llevar a cabo la encuesta de satisfacción se analizaron diferentes modos de recoger la percepción de los residentes. Después de algunas pruebas se constató que el método más fiable era utilizar imágenes para determinar tanto la Sensación Térmica, como la Aceptabilidad y la Preferencia.

                                                          

                                                                                                      

Para la caracterización del nivel de ropa de los residentes y de su actividad se utilizaron los valores de referencia de la UNE-EN-ISO-7730:2005.

                                                                                     

                                                                                                 

Para la recogida de información de los residentes, su nivel de ropa, actividad y sensación térmica, se utilizó la siguiente plantilla:

                                                       

2.8. Campaña experimental

Para cada época climática se planteó realizar tres campañas experimentales para cada centro. En cada centro se monitorizó en torno a 5 espacios (zonas comunes, gimnasio, comedor, etc.). Para cada
espacio se obtuvieron unas 15 encuestas. En total 25 espacios monitorizados aproximadamente 375 encuestas para cada época climática.

Hasta la fecha se ha realizado la campaña experimental de invierno y primavera. En la siguiente tabla se puede observar el número de encuestas realizadas en cada centro, llegando a un total de 1516 (872
en invierno y 644 en primavera).

                                                                   

                                                                 

3ª Etapa: Análisis de datos

Hasta no tener todos los datos monitorizados de las diferentes épocas climáticas no se puede desarrollar el modelo de confort ni la comparativa con los otros modelos.
De todos modos, para comprobar la fiabilidad de los datos recogidos se han realizado algunos gráficos de correlación entre variables y modelos con una muestra de los datos obtenidos.

2.8. Análisis de resultados

Un primer análisis con los datos obtenidos en la campaña experimental de invierno en el  centro de Sagrada familia obtenermos que los residentes tienen un nivel de sensación térmica difrente a los cuidadores.

                                                                              

                                                                                           

Obtenemos un valor de significación inferior al 0,05 por lo tanto aceptamos la hipòtesis nula y aceptamos que los dos subgrupos se comportan de modo diferente en relación a la sensación tèrmica.
También se ha realizado un primer anàlisis para comprovar si la sensación tèrmica de los residentes depende del espacio monitorizado.

                                                                                        

Obtenemos un valor de significación superior al 0,05 por lo tanto rechazamos la hipòtesis nula y aceptamos que los dos subgrupos se comportan de modo igual en relación a la sensación térmica, y con lo cual la sensación térmica no depende del espacio donde se realizó la monitorización.

Por otro lado, se realizó un anàlisis de correlación entre las variables cuantitativas:

                                                                     

La Preferencia depende inversamente de la Sensación Termica. Cuando los residentes perciben una sensación tèrmica de calor, éstos prefieren un ambiente más fresco. Este resultado confirma que la sensación tèrmica neutra (ST=0) puede ser la ST de confort.

La Sensación Térmica depende de la Temperatura operativa. La Temperatura operativa que es la media entre la temperatura ambiente y la temperatura radiante, también tiene un nivel de correlación con la temperatura exterior. En este caso se observa que aunque la temperatura de consigna sea siempre la misma (23oC), la temperatura operativa oscila en función de la temperatura exterior.

También se ha realizado una regresión lineal entre la ST y la Temperatura operativa obieniend una gran correlación. Se puede visualitzar que para obtenemos una ST neutra (ST=0) con una temperatura operativa de 23,2ºC.

                                                                                  

También se ha calculado el modelo de confort en relación a la temperatura exterior media a través del modelo Griffith y obtenemos el siguiente modelo de confort adaptativo:

Tc = 0,086 · Trm + 22,103

Se ha realizado un modelo de confort (ST) teniendo en cuenta todas las variables monitorizadas y hemos obtenido la siguiente expresión:

ST = −6,852 + 0,18 · Hrint + 0,186 · Top + 1,161 · Act

Finalmente contrastando el modelo obtenido con los existentes en las normativas ASHRAE- 55 i EN-15215 hemos obtenido las siguientes regresiones:

                                                                   

Se observa que la temperatura neutra del modelo obtenido con datos experimentales és menor (22,6ºC) que las de las de los modelos de las normativas (unos 23ºC). Estos resultados
se validarán con toda la muestra (los 5 centros).

Por otro lado, la pendiente de la recta nos indica que sensibilidad térmica de la ancianos es menor a lo que consideran los modelos de las normas. Para un PPD del 20% la temperatura oscila 3ºC mientras que según las normativas este valor se encuentra en 1ºC. Estos resultados hacen prever grandes diferencias entre los modelos existentes y los que realmente son necesarios para la gente mayor.

Por el momento solo son una primera aproximación a la espera de analizar todos los datos extermentales agrupados.