UNIVERSITA DEGLI STUDI DI CAGLIARI FACOLTÁ DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA. Laurea Magistrale in Archite>ura

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1 UNIVERSITA DEGLI STUDI DI CAGLIARI FACOLTÁ DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA Laurea Magistrale in Archite>ura L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE Modulo Impianti a.a Teoria del comfort Docente: Ing. ROBERTO RICCIU

2 Teoria del comfort: ambienti termicamente moderati Qualche definizione. Comfort termico globale è riferito al corpo nella sua interezza Comfort termico locale è riferito a determinate zone del corpo Nelle situazioni reali, solo se sono verificate contemporaneamente le due condizioni, si considerano accettabili Ing. ROBERTO RICCIU - Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a

3 Teoria del comfort: ambienti termicamente moderati Ambienti termici: Qualche definizione. Moderati: uffici, residenze, etc. Severi: ambienti industriali ostili (ferriere, celle frigorifere, etc.) Ing. ROBERTO RICCIU - Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a

4 Teoria del comfort: discomfort globale Discomfort globale: La condizione necessaria perché ci sia il comfort termico globale è che l energia interna del corpo umano non aumenti né diminuisca, ovvero che nell equazione di bilancio il termine di accumulo sia nullo; Ing. ROBERTO RICCIU - Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a

5 Teoria del comfort: discomfort globale l equazione di bilancio: f (abbigliamento, attività, t a, v a, Ф, t r, t sk, E sw ) = 0 (Eq. 1) lega tra loro otto variabili: due relative al soggetto (abbigliamento e attività), quattro ambientali (temperatura, velocità e umidità dell aria e temperatura media radiante) e due fisiologiche (temperatura della pelle e potenza termica dispersa dalla sudorazione o percentuale di pelle bagnata dal sudore) Ing. ROBERTO RICCIU - Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a

6 Teoria del comfort: discomfort globale Ing. ROBERTO RICCIU - Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a

7 Teoria del comfort:discomfort globale Negli ambienti moderati è fondamentale valutare lo scostamento delle condizioni reali da quelle di comfort termico globale; tale valutazione si effettua attraverso gli indici di discomfort globale (PMV e PPD), funzione di sei variabili non fisiologiche, che assumono lo stesso valore per tutte le combinazioni di queste ultime, dando luogo ad uguali sensazioni termiche. Ing. ROBERTO RICCIU - Lezioni del L. I. di PROGETTAZIONE TECNICA E STRUTTURALE modulo IMPIANTI a. a

8 Teoria del comfort: indici PMV e PPD Indici: PMV (predicted Mean Vote, in italiano Voto Medio Previsto) PPD (predicted Percentage of Dissatisfied)

9 Teoria del comfort: indici PMV e PPD INDICI PMV E PPD Indici ricavati nel 1970 da Fanger attraverso sperimentazioni condotte in camera climatica su circa 1300 soggetti (studenti universitari, vestiti tutti allo stesso modo, opportunamente selezionati e preparati, che svolgevano tutti la stessa attività) chiamati ad esprimere un giudizio sulle condizioni termoigrometriche sulla base di una scala a sette valori.

10 Teoria del comfort: indici PMV e PPD voto sensazione +3 molto caldo +2 caldo +1 leggermente caldo 0 nè caldo nè freddo -1 leggermente freddo -2 freddo -3 molto freddo Scala ASHRAE a 7 valori

11 Teoria del comfort: indici PMV e PPD Secondo Fanger il fatto che sia soddisfatta l equazione di bilancio termico dell energia del corpo non è sufficiente perché ci sia comfort globale; ma perché si verifichino le condizioni di benessere, devono essere soddisfatte le due equazioni:!!!!" = 0,42!! 58,15! (Eq. 2)!! Con: E sw = potenza termica dispersa con l evaporazione del sudore dovuto al meccanismo di termoregolazione comportamentale

12 Teoria del comfort: indici PMV e PPD Eq. 3 Con: t sk = temperatura della pelle. A b =area della superficie del corpo umano nudo QuesP due valori reali, in condizioni di comfort termico sono funzione dell atvità realmente svolta dal sogge>o.

13 Teoria del comfort: da UNI EN ISO 7730:2006 In definipva, le possibili condizioni di benessere termico globale sono le combinazioni delle sei variabili indipendenp* che soddisfano contemporaneamente le equazioni del bilancio energepco (1), equazione della potenza termica dispersa (2) e la relazione che lega la temperatura della pelle con metabolismo e potenza meccanica (3). *metabolismo energetico (M), proprietà termofisiche dell abbigliamento (I CL ), temperatura dell aria (T a ), velocità dell aria (V ar ), grado igrometrico dell aria (p a ), temperatura media radiante(t r )

14 Teoria del comfort: indici PMV e PPD L indice PMV si basa sul fatto che la sensazione di caldo o di freddo provata da un individuo è proporzionale al carico termico, L, definito come la differenza tra l energia termica che, si genera all interno del corpo umano e non si trasforma in energia meccanica (M - W), e l energia termica che l individuo disperderebbe se fosse in situazione di benessere:

15 Teoria del comfort: indici PMV e PPD L = (M W) (E d * + E sw * + E res + C res + C* + R*) Dove: E d *=potenza termica dispersa per diffusione di vapore attraverso la pelle; E sw *= potenza termica dispersa per sudorazione; E res =potenza termica dispersa nella respirazione come calore latente ; C res = potenza termica dispersa nella respirazione come calore sensibile ; C*=potenza termica dispersa per convenzione; R*=potenza termica dispersa per irraggiamento;

16 Teoria del comfort: indici PMV e PPD E sw dipende da (M W), E d, C e R che dipendono da t sk e quindi da (M W); gli asterischi evidenziano che si tratta di valori non reali ma quelli che si avrebbero nelle condizioni fittizie. - La relazione tra l indice PMV, ovvero la sensazione di caldo o di freddo di un individuo medio espressa come voto sulla scala a sette valori e il carico termico, è la seguente:

17 Teoria del comfort: indici PMV e PPD PMV = [0,303 exp(-0,036m/a b )+0,028]L/A b Dove: M=metabolismo espresso in W; A b =area della superficie del corpo umano nudo L=carico termico (Eq. 4)

18 Teoria del comfort: indici PMV e PPD

19 Teoria del comfort: indici PMV e PPD Le sperimentazioni effettuate da Fanger hanno portato a scrivere le relazioni 1),2),3). Attualmente vengono ancora utilizzate come criterio di progetto e verifica degli ambienti confinati. In fase di progetto o di verifica si sostituiscono i valori di progetto o misurati all interno delle equazioni tale per cui dall equazione 4) risulta che il -3<PMV<+3.

20 Teoria del comfort: indici PMV e PPD Il PMV rappresenta il voto di un individuo medio, ovvero la media dei voti espressi da un gran numero di persone poste nelle stesse condizioni. Sperimentalmente si è visto che c è un po di dispersione intorno al valore medio. Fanger ha quindi definito un altro indice, il PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) che rappresenta la percentuale prevista di insoddisfatti, dove gli insoddisfatti sono rappresentati da coloro che votano ±2 o ±3, utilizzando i dati raccolti sui 1300 soggetti dei quali si è detto precedentemente.

21 Teoria del comfort: indici PMV e PPD Fanger ha poi correlato il PMV al PPD attraverso la seguente equazione: PPD = exp(-0,03353 PMV 4-0,2179 PMV 2 )

22 Teoria del comfort: indici PMV e PPD Quanto più è vario l insieme di soggetti sottoposti alla sperimentazione (il campione) negli ambienti moderati, come ad esempio: l età, le condizioni psicofisiche, l abbigliamento degli individui, più aumenta la percentuale di insoddisfatti come quella che si ottiene con il diagramma (UNI 7730:2006).

23 Teoria del comfort: indici PMV e PPD Diagramma UNI 15251:07 e 7730:06 relazione tra PMV e PPD I valori di soglia ai quali si attivano i recettori variano da soggetto a soggetto; ne deriva che le risposte soggettive non sono uniformi ed è quindi impensabile realizzare condizioni che siano di comfort per tutti.

24 Teoria del comfort: valutazione degli indici PMV e PPD

25 Teoria del comfort: dati in ingresso degli indici PMV e PPD VALUTAZIONE DEGLI INDICI PMV E PPD I dati in ingresso per il calcolo del PMV sono: il metabolismo; la resistenza termica dell abbigliamento; la temperatura operativa; la velocità relativa dell aria;

26 Teoria del comfort: dati in ingresso degli indici PMV e PPD Il grado igrometrico non viene preso in considerazione in quanto negli ambienti moderati l umidità influisce molto poco sul valore della sensazione termica, cosa che non accade negli ambienti severi o quelli in cui il livello di attività è molto elevato e quindi la sudorazione è molto importante.

27 Teoria del comfort: dati in ingresso degli indici PMV e PPD I limiti di umidità da rispettare negli ambienti chiusi sono 0,30 e 0,70. Per Ф < 0,30, si seccano le mucose con diminuzione delle difese da germi e batteri; per Ф > 0,70, aumentano i rischi di allergia e le probabilità che si formi condensa sui punti freddi con conseguente sviluppo di muffe.

28 Teoria del comfort: dati in ingresso degli indici PMV e PPD Il campo d applicazione dell indice PMV si determina con valori di R, C, E sw, E d, t sk e t cl che non sono quelli effettivi, a meno che non si sia in condizioni di benessere (PMV = 0); l indice è valido per valori definiti dalle norme che stanno tra i seguenti intervalli:

29 Teoria del comfort: dati in ingresso degli indici PMV e PPD t a : C M: 0,8 4,0 met T r : C I cl : 0 2,0 clo V a : 0 1,0 m/s PMV: -2,0 2,0

30 Teoria del comfort: dati in ingresso degli indici PMV e PPD L indice PMV è definito per il regime permanente ma può essere adoperato con successo anche per lievi variazioni di uno o più parametri, purché siano considerate le medie temporali relative all ultima ora.

31 Teoria del comfort: il discomfort locale Il discomfort locale Perché un ambiente sia accettabile da un punto di vista termico deve essere nullo anche il discomfort dovuto a disuniformità delle variabili ambientali; non si deve verificare il discomfort localizzato. Le cause del discomfort localizzato sono: - elevata differenza verticale della temperatura dell aria; - pavimento troppo caldo o troppo freddo; - correnti d aria; - elevata asimmetria media radiale; - temperatura piana radiante;

32 Teoria del comfort: il discomfort locale Fattori di Discomfort: Asimmetria temperatura media radiante

33 Teoria del comfort: il discomfort locale

36 Teoria del comfort: il discomfort locale L elevata differenza di temperatura dell aria, con temperatura del soffitto maggiore rispetto a quella a pavimento, comporta ai soggetti esposti, un discomfort che può consistere in caldo alla testa e freddo ai piedi. La condizione opposta non crea discomfort agli occupanti.

37 Teoria del comfort: il discomfort locale La temperatura del pavimento, tp, può creare discomfort locale ai piedi; dall altra è fondamentale per il valore della temperatura media radiante.

38 Teoria del comfort: il discomfort locale Le correnti d aria (o raffreddamento indesiderato) specie quelle dovute al movimento dell aria localizzato anche in piccole parti del corpo, sono causa di discomfort specie in ambienti provvisti di impianti di climatizzazione con ventilazione forzata. Il discomfort dipende sia dalla velocità dell aria che dalla temperatura e dall intensità della turbolenza. Con l aumentare della temperatura dell aria, si possono aumentare, anche se di poco la velocità di diffusione dell aria.

40 Teoria del comfort: il discomfort locale La temperatura piana radiante è definita come la temperatura di un ambiente ideale isotermo nel quale il flusso radiante incidente su una faccia di un elementino piano è eguale a quello che si verifica nell ambiente reale. La asimmetria di temperatura piana radiante può essere dovuta alla presenza di finestre o altre superfici verticali fredde o a soffitti caldi.

42 Teoria del comfort: il discomfort locale Il discomfort dovuto all asimmetria piana radiante non è molto frequente negli ambienti moderati. Può essere determinato dalla presenza di vetrate, da un impianto di riscaldamento a soffitto o da un impianto di raffrescamento a pavimento; i casi sono dunque quattro: parete calda, parete fredda, soffitto caldo, soffitto freddo.

44 Teoria del comfort: il discomfort locale Fattori di Discomfort: differenza temperatura testacaviglie

45 Teoria del comfort: bibliografia - Manuale degli impianti di climatizzazione, L. Stefanutti, EAN: , ED. Tecniche Nuove: 2008; - Manuale di progettazione Edilizia, Ed. Hoepli, volume 2, ISBN: UNI EN ISO 7730:2006; Ergonomia degli ambienti termici - Determinazione analitica e interpretazione del benessere termico mediante il calcolo degli indici PMV e PPD e dei criteri di benessere termico locale - UNI EN ISO 7726:2002;Ergonomia degli ambienti termici - Strumenti per la misurazione delle grandezze fisiche - UNI EN 15251:2008; Criteri per la progettazione dell ambiente interno e per la valutazione della prestazione energetica degli edifici, in relazione alla qualità dell aria interna, all ambiente termico, all illuminazione e all acustica - ANSI/Ashrae ; Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy (ANSI approved)