BENESSERE TERMOIGROMETRICO. arch. Cristina Carletti Dip.. TAeD Università di Firenze

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1 BENESSERE TERMOIGROMETRICO arch. Cristina Carletti Dip.. TAeD Università di Firenze

2 Benessere ambientale dell individuo IL BENESSERE È INDIVIDUALE E NON COLLETTIVO: corrisponde per definizione al soddisfacimento psicofisico di un singolo individuo IL BENESSERE È GLOBALE E NON SINGOLARE: nella realtà vari fattori interferiscono fra loro e le percezioni sensoriali si sovrappongono provocando un effetto sinergico che dà origine alla sensazione di benessere La qualità ambientale in una edificio fa riferimento a classi differenti, seppure fortemente interrelate, di comfort ambientale, e cioè: benessere termoigrometrico benessere respiratorio olfattivo benessere visivo - illuminotecnico benessere acustico

3 BENESSERE TERMOIGROMETRICO Stato di neutralità termica, in cui il soggetto non sente né caldo né freddo. Benessere respiratorio olfattivo (Qualità dell'aria Interna Indoor Air Quality) Stato di soddisfazione di un individuo nei confronti dell'aria che respira, in cui non sono presenti inquinanti in concentrazioni ritenute nocive per la salute dell uomo Benessere visivo/illuminotecnico Stato in cui l individuo può svolgere nel modo migliore i diversi compiti (visual task) che è chiamato ad assolvere Benessere acustico Benessere acustico Condizione psicofisica in corrispondenza della quale un individuo, in presenza di un campo di pressione sonora (rumore), dichiara di trovarsi un una situazione di benessere, tenuto conto anche della particolare attività che sta svolgendo

4 Il benessere termico Il benessere termico è definito come una condizione mentale (psicofisica) di soddisfazione nei confronti dell'ambiente termico. L'insoddisfazione può essere causata da: disagio per il caldo o per il freddo che prova il corpo nel suo complesso non desiderato raffreddamento (o riscaldamento) di una particolare parte del corpo (es. da corrente d'aria) differenza verticale di temperatura tra testa e caviglie troppo elevata pavimento troppo caldo o freddo asimmetria della temperatura radiante troppo elevata un'energia metabolica troppo elevata abbigliamento non adeguato

5 Il benessere termico Condizioni di comfort, per cui i parametri ambientali, agendo sugli scambi sensibili e latenti del corpo umano, annullano le sensazioni di caldo o freddo percepite dall occupante (neutralità termica). Ciò deve avvenire senza interventi massicci del sistema di regolazione del corpo in quanto i relativi interventi estremi risultano fonte di disagio. Le variabili principali che influenzano il benessere termico sono: la temperatura a bulbo secco dell aria la temperatura media radiante l umidità dell aria la velocità media relativa dell aria Controllo del progettista l attività fisica svolta la resistenza termica del vestiario indossato Controllo del soggetto

6 Temperatura di bulbo secco La temperatura di bulbo secco (t BS ) e la temperatura di bulbo umido (t BU ) si possono misurare con uno psicrometro rispettivamente in corrispondenza del bulbo secco ed umido dello stesso UR (%) T BU T BS Diagramma psicrometrico CORSO AVANZATO SUL RISPARMIO ENERGETICO NEGLI EDIFICI, TRENTO 30 NOVEMBRE 2007

7 Temperatura media radiante Gli scambi per irraggiamento sono la base per calcolare la temperatura media radiante (T mr ): la T mr è la temperatura fittizia che se tutto l involucro avesse uniformemente darebbe luogo allo scambio per irraggiamento che avviene nella realtà. Lo scambio per irraggiamento che avviene in realtà si ricava conoscendo l emissività della persona ε p (circa 0,98), la sua temperatura superficiale T ce e la sua area efficace radiante A eff, parametri che immaginiamo per un momento di conoscere. Noti i fattori di vista (F p-i ) fra la persona e le superfici dell involucro alla temperatura T i (K), lo scambio termico per irraggiamento è dato da: q rad σ F i = eff p p i A ε T 4 i T 4 ce T 4 mr T = F p i i T 4 i

8 I fattori di forma Il calcolo si può sviluppare con adeguati programmi al computer, o da diagrammi valutando poi lo scambio termico netto: 4 q= F1 2 A1σ T 1 F 2 1 A2σ T 4 2 A 2 A 1

9 Esistono grafici che consentono la valutazione dei fattori di vista fra un individuo e le superfici dell involucro dell ambiente sia nei confronti di superfici orizzontali che verticali e sia per persone in posizione eretta che seduta es. Finestra in ufficio a=b=c= 2,0m es. porzione pavimento a=b=c= 1,0m

10 Temperatura operante È la temperatura uniforme di una cavità in cui il soggetto scambierebbe per convezione e irraggiamento la stessa energia che effettivamente scambia nell ambiente reale non uniforme. Numericamente è la media pesata della temperatura dell aria e di quella media radiante, in cui le conduttanze unitarie radiative (abitisuperfici) e convettive (abiti-aria) costituiscono i coefficienti di peso T o α ct a + α r = T α c + α r mr Nel caso i due coefficienti che sono molto prossimi l uno all altro si possano considerare uguali, si ha: T o = T a + 2 T mr

11 L omotermia del corpo umano Per analizzare le condizioni di benessere un punto di partenza è dato dalla necessità di OMOTERMIA dell organismo umano cioè dalla necessità di mantenere costante la temperatura del nucleo del corpo a circa 37 C entro il ristretto margine di mezzo grado. Per questo l organismo è dotato di un sistema di termoregolazione che provvede a mantenere il valore previsto anche quando per le condizioni ambientali o per l attività svolta vi sia tendenza ad allontanarsene. Il corpo umano è sede di reazioni chimiche che trasformano in energia le sostanze nutritive assimilate. L energia termica prodotta internamente al corpo umano da tali reazioni dà luogo al flusso metabolico. Questo viene espresso con un unità di misura apposita, il met: 1 met = 58 W/m 2 A eff = 1,80 m 2 (circa) 1 met = flusso metabolico specifico da attribuirsi ad un individuo sveglio a riposo

12 Il flusso metabolico La tabella riporta alcuni valori orientativi del flusso metabolico in met ed in W/m 2 Lo smaltimento del flusso metabolico avviene attraverso due meccanismi principali, quello sensibile (per differenza di temperatura) e quello latente (dovuto ad un processo di evaporazione). Il vestiario può avere influenza su entrambi i processi dissipativi.

13 Meccanismi di termoregolazione Esistono due tipi di termoregolazione in ambienti freddi vasocostrizione con diminuzione dell afflusso di sangue verso la periferia in ambienti caldi vasodilatazione con aumento dell afflusso di sangue alla periferia in ambienti freddi EFFETTI brivido in ambienti caldi sudorazione

14 Il bilancio di energia del corpo umano S = M (W) - E sk -R res -C -R -C k S [W] = variazione di energia interna del corpo umano nell unità di tempo M [W] = metabolismo energetico W [W] = potenza meccanica scambiata tra il corpo e l ambiente f (attività svolta) E sk [W] = potenza termica dispersa per evaporazione attraverso la pelle f (grado igrometrico dell aria, temperatura dell aria, temperatura della pelle, velocità relativa soggetto aria, abbigliamento, percentuale di pelle bagnata dal sudore) R res [W] = potenza termica dispersa nella respirazione costituita da una quota di calore latente e una quota di calore sensibile f (attività svolta, grado igrometrico dell aria, temperatura dell aria) C [W] = potenza termica scambiata per convezione f (temperatura della superficie esterna del corpo vestito, temperatura dell aria, velocità relativa soggetto-aria, coefficiente di abbigliamento) R [W] = potenza termica scambiata per irraggiamento f (temperatura della superficie esterna del corpo vestito, temperatura media radiante, coefficiente di abbigliamento) C k [W] = potenza termica scambiata per conduzione

15 Il meccanismo latente opera sia per evaporazione del sudore che per traspirazione attraverso i pori dell epidermide che nel processo di respirazione. Per quanto riguarda il meccanismo sensibile risulta fondamentale valutare l influenza del vestiario, la cui capacità isolante viene normalmente espressa con un apposita unità incoerente, il clo: 1 clo = 0,155 m 2 K/W 1 clo = resistenza termica di un abito europeo di mezza stagione

16 La tabella riporta alcuni valori orientativi dell indice di resistenza del vestiario in clo ed in m 2 K/W

17 Condizioni del benessere termoigrometrico quando S > 0 la temperatura del corpo tende ad aumentare quando S < 0 la temperatura del corpo tende a decrescere quando S = 0 siamo in presenza di equilibrio termico e quindi di potenziale benessere, condizione necessaria ma non sufficiente a causa dei meccanismi di autoregolazione della temperatura corporea

18 Gli scambi termici radiativo e convettivo R = A eff h r (θ cl - θ mr ) (W) Dove h R è il coefficiente di scambio termico radiativo tra due corpi (uno interno all altro) C = A eff h c (θ cl - θ i ) (W) Dove h C il coefficiente di scambio termico convettivo Le potenze termiche scambiate per convezione ed irraggiamento dipendono da: temperatura superficiale del vestiario temperatura dell aria e temperatura media radiante velocità relativa fra soggetto ed aria (nulla per convezione naturale) abbigliamento del soggetto

19 Scambio termico evaporativo La potenza termica dispersa per diffusione E SK attraverso la pelle è indipendente dal sistema di termoregolazione e può essere calcolata in funzione di: del grado igrometrico dell aria temperatura dell aria attività metabolica La potenza termica dispersa per respirazione R RES è funzione dell attività metabolica e delle condizioni termoigrometriche dell aria ambiente ed è costituita dalla somma di calore latente e calore sensibile

20 Comfort termico: normativa di riferimento Normativa di riferimento per ambienti termici moderati UNI EN ISO 7730:1997 ISO 9920: 1995 D.L.vo 626/1994 Dir. EU 89/106 DPR 246/1993 Ambienti termici moderati. Determinazione degli indici PMV e PPD e specifica delle condizioni di benessere termico Estimation of the thermal insulation and evaporative resistance of a clothing ensemble Miglioramento della sicurezza e salute negli ambienti di lavoro Direttiva Europea sui materiali da costruzione e Regolamento di attuazione della Direttiva

21 INDICE PMV L indice PMV (Predicted Mean Vote) è una funzione matematica di 6 parametri che esprime il valore medio dei voti di un campione significativo di persone su una scala di sensazioni termiche a 7 punti che varia da 3 a +3

22 INDICE PPD Quanto esposto consente di attribuire un voto a qualsiasi condizione ambientale. Si tratta ora di stabilire quale votazione sia considerata sufficiente. A questo fine viene introdotta un ultima grandezza: la percentuale prevista di insoddisfatti (PPD - Predicted Percentage of Dissatisfied). Viene definito convenzionalmente insoddisfatto un soggetto che dia una votazione all ambiente maggiore o uguale a +2 o minore o eguale a -2, corrispondenti rispettivamente alle sensazioni di caldo e di freddo. Il responso è di carattere statistico, per cui anche in condizioni di neutralità si ha mediamente una certa percentuale di insoddisfatti o verso il caldo (2,5%) o verso il freddo (2,5%). Questo significa che nelle migliori condizioni il 5% dei soggetti risulta insoddisfatto. Questa percentuale aumenta quando ci si allontani da condizioni di neutralità.

23 L andamento degli insoddisfatti è descritto dalla Tabella, ovvero in termini globali dalla curva sottostante PPD PMV Le normative stabiliscono i limiti di accettabilità sulla base di questi andamenti. Ad esempio Fanger indica un PPD max dello 7,5% che suggerisce un PMV fra +0,35 e -0,35. La ISO 7730 prescrive un PMV fra +0,5 e -0,5 che significa un PPD max del 10%. L ASHRAE 55 accetta un 20% per il PPD cioè un PMV fra +0,85 e -0,85.

24 PMV: indice di gradimento, esprime il voto che un utente medio darebbe all ambiente in cui si trova, al variare dei parametri fisici PPD: percentuale di persone insoddisfatte in un determinato ambiente termico

25 BENESSERE TERMOIGROMETRICO - parametri ambientali contenuti nella norma Nella UNI EN ISO 7730 e nello Standard ASHARAE 55 sono anche riportati oltre alla temperatura operativa alcuni parametri particolarmente interessanti che possono essere considerati indici di disagio locale, quali: gradiente verticale di temperatura, asimmetria della temperatura piana radiante, temperatura del pavimento e velocità dell aria. CONDIZIONI INVERNALI DI BENESSERE: To = C; UR = 30-70% CONDIZIONI ESTIVE DI BENESSERE: To = C; UR = 30-70%

26 FATTORI DI DISCOMFORT LOCALE a) presenza di ampie superfici particolarmente fredde o calde ( ad es. pareti vetrate o soffitti radianti, pavimenti non isolati su porticati ) che possono causare scambi termici radiativi anomali tra alcune parti del corpo umano e le superfici suddette b) presenza di correnti d aria fredda (spifferi) che su alcune zone del corpo, ad esempio la nuca, possono risultare particolarmente fastidiose c) gradienti di temperatura all interno dello stesso locale

27 TEMP. PIANA RAD. E PPD PER DIVERSE TIPOLOGIE DI SUPERFICI CALDE E FREDDE Attenzione all isolamento termico Attenzione ai sistemi di climatizzazione PPD