Richiami di Benessere termo-igrometrico e qualità dell aria

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1 Richiami di Benessere termo-igrometrico e qualità dell aria Fabrizio Ascione 1/46

2 Il benessere è quella condizione mentale che esprime soddisfazione nel confronti dell ambiente termico ASHRAE (America Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers) Comfort in Ambienti Moderati: Indice della presentazione Generalità Ambienti moderati, severi caldi e severi freddi Bilancio di Energia sul corpo umano Parametri cui è legato il benessere e misurazione di questi Condizioni di comfort termo-igrometrico Indici PMV e PPD Cause di discomfort locale - Elevati gradienti verticali di temperatura - Temperatura pavimento non confortevole - Correnti d aria - Elevata asimmetria piana radiante Cenni a qualità e purezza dell aria Cenni al comfort adattativo Fabrizio Ascione 2/46

3 Generalità: Il benessere termico è definito come stato psicofisico di soddisfazione nei confronti dell'ambiente termico Le cause di insoddisfazione e disagio possono derivare da: Malessere per il caldo o per il freddo che prova il corpo nel suo complesso. Fastidiosa sensazione di raffreddamento o riscaldamento di una particolare parte del corpo, a causa, ad esempio, di correnti d aria. Accentuata differenza verticale di temperatura, in particolare tra testa e caviglie. Pavimento troppo caldo o freddo. Asimmetria troppo elevata della temperatura radiante. Metabolismo energetico troppo elevato. Abbigliamento non adeguato. Fabrizio Ascione 3/46

4 Il benessere termo-igrometrico è solo un aspetto del, più generale, BENESSERE AMBIENTALE, che comprende: BENESSERE TERMICO BENESSERE IGROMETRICO BENESSERE OLFATTIVO / RESPIRATORIO BENESSERE VISIVO BENESSERE ACUSTICO QUALITA DELL ARIA INDOOR In questa presentazione, non ci occuperemo di benessere acustico e visivo, così brevemente descrivibili: Benessere visivo. Stato psico-fisico in cui l individuo può svolgere nel modo migliore i diversi compiti visivi che è chiamato ad assolvere (Visual Task) Benessere acustico. Stato psicofisico in cui un individuo, in presenza di un campo di pressione sonora (rumore), dichiara di trovarsi in una situazione di benessere, in relazione alla particolare attività che sta svolgendo. Fabrizio Ascione 4/46

5 Si definiscono convenzionalmente tre tipi di ambienti termici: a) moderati b) severi caldi c) severi freddi AMBIENTI MODERATI Gli ambienti moderati sono quelli che richiedono un moderato intervento del sistema di termoregolazione umano. Sono caratterizzati da: condizioni ambientali omogenee con ridotta variabilità nel tempo, assenza di grandi scambi termici localizzati fra soggetto e ambiente, attività fisica modesta, sostanziale uniformità del vestiario indossato dai diversi operatori. Fabrizio Ascione 5/46

6 AMBIENTI SEVERI CALDI Il sistema di termoregolazione dell organismo interviene notevolmente, attraverso i meccanismi di vasodilatazione e sudorazione, per evitare il surriscaldamento eccessivo del corpo. In particolare, gli ambienti severi caldi sono caratterizzati da: condizioni ambientali non omogenee con sensibile variabilità nel tempo, temperatura operativa elevata rispetto all attività svolta e il vestiario indossato, disuguaglianza delle attività svolte e del vestiario indossato dai diversi operatori. Fabrizio Ascione 6/46

7 AMBIENTI SEVERI FREDDI Si definiscono ambienti severi freddi quei luoghi che richiedono un notevole intervento del sistema di termoregolazione interno umano, mediante la vasocostrizione e i brividi. Sono caratterizzati da: condizioni ambientali omogenee con una contenuta variabilità nel tempo, valori di temperatura operativa bassi (<10 C), uniformità delle attività svolte e del vestiario indossato dai diversi operatori. Fabrizio Ascione 7/46

8 I parametri che, influenzando gli scambi termici tra individuo e ambiente, determinano le condizioni di benessere, sono: 4 parametri ambientali: temperatura dell'aria ambiente, che influenza gli scambi termici convettivi temperatura media radiante, che influenza gli scambi termici radiativi velocità relativa dell'aria, che influenza gli scambio termici convettivi umidità relativa dell'aria, che influenza lo scambio evaporativo del corpo 2 parametri individuali dispendio metabolico (correlato all attività svolta) resistenza termica conduttiva ed evaporativa del vestiario Il corpo umano può essere considerato come un sistema termodinamico sul quale è possibile fare un bilancio di energia. Fabrizio Ascione 8/46

9 S = M totale (W) - E sk - R res - C - R - C k S = variazione di energia interna del corpo umano nell unità di tempo [W] M tot = flusso metabolico totale [W] W = potenza meccanica scambiata tra il corpo e l ambiente f (attività svolta) [W] E sk = 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) [W] R res = 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) [W] C = potenza termica scambiata per convezione f (temperatura della superficie esterna del corpo vestito, temperatura dell aria, velocità relativa soggetto-aria, coefficiente di abbigliamento) [W] R = potenza termica scambiata per irraggiamento f (temperatura della superficie esterna del corpo vestito, temperatura media radiante, coefficiente di abbigliamento) [W] C k = potenza termica scambiata per conduzione [W] Fabrizio Ascione 9/46

10 Parliamo di condizioni di comfort quando i parametri ambientali e comportamentali, agendo sugli scambi energetici sensibili e latenti del corpo umano, annullano le sensazioni di caldo o freddo percepite dall occupante. In tale caso parliamo di NEUTRALITA TERMICA. In circostanze avverse, l uomo mette in atto i meccanismi di termoregolazione che, se estremi, in ogni caso non riescono a procurare benessere (ad esempio, eccessiva sudorazione o tremito). Come prima anticipato, le variabili principali che influenzano il benessere termico sono raggruppabili in 2 insiem: PARAMETRI OGGETTIVI (dipendono dall ambiente) PARAMETRI SOGGETTIVI (dipendono dall uomo) Fabrizio Ascione 10/46

11 PARAMETRI OGGETTIVI (dipendono dall ambiente) 1. Temperatura a bulbo secco dell aria (T ba, [ C]) 2. Temperatura media radiante (T r, [ C]) 3. Umidità relativa dell aria (U.R, [%]) 4. Velocità media relativa dell aria (w, [m/s]) Fabrizio Ascione 11/46

12 PARAMETRI SOGGETTIVI (dipendono dall uomo) 5. Resistenza termica dell abbigliamento (R dress, [Clo o m 2 K/W]) 6. Metabolismo energetico (M, [W]) Fabrizio Ascione 12/46

13 La TEMPERATURA A BULBO SECCO (in inglese dry bulb temperature) è quella temperatura misurata da un comune termometro a bulbo. La misura di tale temperatura è assolutamente indipendente dall' umidità relativa dell'aria. La TEMPERATURA DI BULBO UMIDO (in inglese wet bulb temperature) è la temperatura cui si porta l'acqua in condizioni di equilibrio di scambio convettivo con una massa d'aria in moto turbolento completamente sviluppato. Le due temperature possono essere misurate con lo PSICROMETRO, strumento costituito da due termometri affiancati, di cui uno è chiamato bulbo secco e misura la T ba dell'aria, mentre l'altro, avvolto in una garza di cotone imbevuta d'acqua, è chiamato bulbo umido e misura la T bb con l'aria (ovvero la temperatura di bulbo umido). umidità relativa = 100% T ba e T bb coincidono Fabrizio Ascione 13/46

14 La TEMPERATURA MEDIA RADIANTE può essere definita come la temperatura di un ambiente fittizio, termicamente uniforme, che scambierebbe con l uomo la stessa potenza termica radiante scambiata nell ambiente reale. Tale grandezza si misura in C. La T media-radiante può essere misurata attraverso il GLOBOTERMOMETRO. Tale strumento, spesso chiamato globo nero, è costituito da una sonda di temperatura sistemata all'interno di una sfera di rame, a pareti sottili, verniciata in nero opaco. La sfera cava costituisce, con buona approssimazione, un corpo nero quasi perfetto e riceverà, trascorso il tempo necessario, tutta l energia termica radiante proveniente dall'ambiente circostante. Il livello termico misurato dalla sonda interna è stima della temperatura media radiante delle superficie dell ambiente. Fabrizio Ascione 14/46

15 Si definisce UMIDITA RELATIVA (o UR, oppure ancora Φ) il rapporto tra la quantità di vapore acqueo contenuto in una massa d'aria e la quantità massima di vapore acqueo che la stessa massa d'aria riesce a contenere, nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, ancora in fase aeriforme ma in condizioni di saturazione. L'umidità relativa, cui sinonimo è GRADO IGROMETRICO, si misura in percentuale. Quando l umidità relativa è al 100%, ciò significa che il contenuto di umidità nell aria è il massimo compatibile con quello stato termodinamico. La quantità di vapore che può essere contenuta da una massa d'aria diminuisce al diminuire della temperatura (diventa nulla a circa -40 C). Diverse tecniche e principi fisici consentono le misure dei parametri igrometrici, differenziandosi rispetto al parametro misurato (umidità specifica, temperatura di rugiada, temperatura di bulbo umido). Esistono, pertanto, sensori igroscopici, a condensazione, elettromagnetici, psicrometrici. Fabrizio Ascione 15/46

16 Alla VELOCITA DELL ARIA è imputata la sensazione di movimento che produce effetti termici, anche senza variazione della temperatura. Il crescere della velocità dell aria favorisce la cessione di energia attraverso la superficie dell epidermide, nei seguenti modi: 1. Aumento della dissipazione per convezione, fino a quando la temperatura dell aria rimane inferiore a quella dell epidermide. 2. Accelerazione dell evaporazione e quindi raffrescamento fisiologico. a basse umidità relative (< 30%) questo effetto è irrilevante in quanto si ha già una intensa evaporazione anche con aria ferma; alle alte umidità (> 80%) l evaporazione è comunque limitata e il movimento dell aria non ha grandi effetti rinfrescanti. l evaporazione può essere invece notevolmente accelerata alle medie umidità (40-50%): se l aria è ferma, lo strato più vicino all epidermide si satura velocemente, impedendo un ulteriore evaporazione, il movimento dell aria invece può assicurare un ricambio e quindi una continua evaporazione. Fabrizio Ascione 16/46

17 Il metabolismo è il complesso di processi chimici e fisici che ha luogo nel corpo umano (trasformazione degli alimenti, trasformazione di ossigeno in CO 2, modifica, crescita e rigenerazione delle cellule dell organismo, funzioni fisiologiche e attività motorie). Per metabolismo energetico (M) intendiamo la differenza media, nell unità di tempo, tra energia somministrata (alimenti, bevande e ossigeno) e l energia ceduta. 0.8 met 46 W/m 2 E distinguibile in 2 aliquote: Metabolismo energetico basale, necessario per il funzionamento degli organi vitali, ed è quello misurato in soggetto a riposo fisico e mentale, in condizioni di neutralità termica (conta circa 45 W/m 2 ). Metabolismo energetico legato all attività, in particolare tendente ad aumentare con l impegno fisico e mentale. Per il metabolismo energetico si è soliti usare una unità di misura incoerente, il met. Convenzionalmente, si è posto 1 met = 58.2 W/m 2. La superficie corporea di un uomo è pari a circa 1.8 m 2. > 3.5 met > W/m 2 Fabrizio Ascione 17/46

18 Infine, l ultimo parametro che condiziona il comfort è la RESISTENZA TERMICA dell abbigliamento, convenzionalmente misurata attraverso l unità incoerente definita clo. Al pari del metabolismo energetico, anche la resistenza termica è usualmente misurata attraverso idonee tabelle. La resistenza termica dell abbigliamento è espressa in (m 2 K)/W o come accade più frequentemente, nell unità incoerente clo. [1 clo = [(m 2 K)/W]. 1 clo corrisponde alla resistenza media di un abbigliamento invernale; l abbigliamento estivo offre una resistenza termica pari a circa 0.6 clo. Fabrizio Ascione 18/46

19 COMFORT TERMOIGROMETRICO Valori di riferimento per ambienti termicamente moderati REGIME INVERNALE T ba = C U.R. = 30% 60% w = m/s T media-radiante = C Metabolismo Energetico: dipendente dalla destinazione d uso e dalla attività. Resistenza termica vestiario: idonea al regime invernale in ambienti chiusi 1 clo. Fabrizio Ascione 19/46

20 Valori di riferimento per ambienti termicamente moderati REGIME ESTIVO T ba = C U.R. = 30% 60% W = m/s T media-radiante = C Metabolismo Energetico: dipendente dalla destinazione d uso e dalla attività. Resistenza termica vestiario: idonea al regime estivo in ambienti chiusi 0.6 clo. Fabrizio Ascione 20/46

21 Alcune considerazioni Temperatura dell aria e temperatura media radiante In precedenza abbiamo visto i 6 parametri da cui dipende il comfort in ambienti chiusi. Può essere utile accorparli, al fine di ridurli e gestirli in modo più semplice. Partendo dalle due temperature sopra citate, la temperatura dell aria e la temperatura media radiante delle superfici dell ambiente, si definisce TEMPERATURA OPERANTE (o OPERATIVA):.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, la temperatura operativa 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. Fabrizio Ascione 21/46

22 Alcune considerazioni Temperatura dell aria e temperatura media radiante Pertanto, risulta T operativa = h T + h T conv aria rad radiante h conv + h rad Nel caso più comune, cioè in assenza di grosse superfici radianti quali pannelli a pavimento, strisce ad olio diatermico o grossi apparecchi per lo scambio termico radiante, i due coefficienti sono prossimi l uno all altro. Dunque, considerandoli uguali, si può semplicemente calcolare la T operativa nel modo seguente: T operativa = T aria + T 2 radiante Fabrizio Ascione 22/46

23 Alcune considerazioni Umidità relativa L uomo tollera ampie oscillazioni di umidità relativa. Solitamente, tra il 30% ed il 60%, in entrambi i regimi invernali ed estivi, non si innesca discomfort. Molto diverso il discorso per i materiali organici e non, soprattutto quando di natura igroscopica. Ad esempio, se in un ambiente destinato al comfort umano è molto più importante il controllo della temperatura, esattamente l opposto avviene in ambienti museali, dove il controllo del grado igrometrico è sovra-ordinato al controllo del livello termico, al fine di evitare degradazione delle opere d arte. Fabrizio Ascione 23/46

24 Alcune considerazioni Velocità dell aria In ogni ambiente, l aria circola, con velocità non constanti all interno dell intera zona. Il movimento dell aria può iniziare ad essere percepito quando ha un velocità pari o superiore a 0.3 m/s. In regime estivo, un movimento d aria entro 1 m/s non è fastidioso, mentre, in regime invernale, anche la minima percezione di corrente (aria con velocità superiore a 0.30 m/s) può essere fastidiosa. Velocità dell aria: Fino a 0.25 m/s: impercettibile; m/s: piacevole (solo in estate); m/s: sensazione di aria in movimento; m/s: corrente d aria da lieve a fastidiosa; Oltre 1.50 m/s: fastidiosa. La ventilazione influisce anche sulla qualità dell aria interna e quindi sulla salute degli occupanti. Fabrizio Ascione 24/46

25 Alcune considerazioni: Metabolismo energetico e tasso metabolico Il tasso metabolico non è costante nel tempo, dipende dall alimentazione, dalle condizioni ambientali esterne, dall'attività che la persona svolge. La potenza meccanica ceduta per le attività motorie è sempre minore del termine di generazione (intorno al 10 15%). Il corpo umano, affinché la sua energia interna e la sua temperatura non varino, cede energia all ambiente circostante: per convezione con l aria, per irraggiamento con le superfici circostanti, per evaporazione di acqua (da pelle e polmoni). Se l energia ceduta risulta maggiore (minore) del tasso metabolico, la temperatura media del corpo diminuisce (cresce) fino a raggiungere una nuova condizione di regime (o anche il collasso). L organismo reagisce ad eventuali squilibri innescando complessi meccanismi di termoregolazione (il benessere è la condizione in cui l attività dei meccanismi di termoregolazione è modesta). Fabrizio Ascione 25/46

26 In condizioni di benessere stazionario, l uomo non deve variare la propria omotermia, espressiva della necessità di mantenere costante la temperatura del nucleo del corpo a circa 37 C entro il ristretto margine di mezzo grado. Per tali ragioni, il nostro 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. In casi di alterazione dell omotermia, dovuta a soggiorno in ambienti troppo freddi o troppo caldi, si verificano i cosiddetti fenomeni di termoregolazione dell individuo. Al fine di mantenere le condizioni di benessere, il corpo umano, quando vi è una variazione di uno dei termini dell equazione, tende a ripristinare le condizioni di equilibrio. In ambienti freddi: vasocostrizione con diminuzione dell afflusso di sangue verso la periferia. In questo modo, si abbassa la temperatura superficiale e si ripristina il T iniziale. Effetti della vasocostrizione sono la pelle d oca ed i brividi. In ambienti caldi: vasodilatazione con aumento dell afflusso di sangue alla periferia. Si innalza la temperatura superficiale. Effetti della vasodilatazione sono la sudorazione e la maggiore traspirazione. Fabrizio Ascione 26/46

27 Riproponendo l equazione introdotta in precedenza, S = M (W) - E sk - R res - C - R - C k dove S = variazione di energia interna del corpo umano nell unità di tempo [W] si possono avere 3 situazioni: 1. S > 0: la temperatura del corpo tende ad aumentare (l attività metabolica è preponderante rispetto alle cessioni energetiche). 2. S < 0: la temperatura del corpo tende a decrescere, poiché troppa cessione di energia all esterno. 3. 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. Nel seguito, singolarmente sono descritti i vari meccanismi di scambio energetico tra uomo ed ambiente Fabrizio Ascione 27/46

28 Δh 1-2 Δh Si definisce sensibile, un processo (riscaldamento o raffreddamento) durante il quale l umidità specifica si mantiene costante. ESEMPIO Diversamente, è definita latente una trasformazione in cui avviene variazione di umidità specifica e non di temperatura. ESEMPIO 2-3. Nel seguito vedremo che, con riferimento all equazione della variazione dell energia interna dell uomo: 1. C, C k e R sono trasformazioni sensibili 2. E sk e R res sono trasformazioni sia sensibili che latenti Fabrizio Ascione 28/46

29 C = scambio termico convettivo. Dipende dalla differenza di temperatura tra la superficie corporea e l aria in ambiente. E uno scambio di tipo sensibile. R = Lo scambio termico radiativo, R, dipende dalla differenza di temperatura tra la superficie corporea e le superfici intorno. E uno scambio di tipo sensibile. C k = scambio termico conduttivo, C k, avviene tra uomo e superfici in contatto con questo: pavimento, in caso di uomo in piedi, schienale e sedia in caso di persona seduta. Anche questo, è un trasferimento sensibile di energia. E sk = potenza termica dispersa per evaporazione attraverso la pelle. Dipende da umidità relativa e temperatura dell aria, temperatura della pelle, velocità relativa soggetto-aria, abbigliamento, percentuale di pelle bagnata dal sudore. E sia sensibile che latente. R res = potenza termica dispersa nella respirazione costituita da una quota di calore latente e una quota di calore sensibile. Dipende da attività svolta, grado igrometrico dell aria, temperatura dell aria. E sia sensibile che latente. Fabrizio Ascione 29/46

30 Regioni di Comfort termico ed igrometrico Le condizioni di benessere termico di un ambiente confinato sono individuabili dalle combinazioni, che soddisfano la equazione vista in precedenza, senza variazioni di S. Le variabili sono 6, e sono quelle prima viste (4 oggettive, 2 soggettive). L ASHRAE ha proposto di vincolare alcuni dei sei parametri: abbigliamento tipico stagionale - Iclo 0.5 clo in estate, - Iclo 0.9 clo inverno - Attività leggera (M<1.2 met); - w a < 0.15 m/s T operativa Fabrizio Ascione 30/46

31 Sul diagramma psicrometrico sopra-riportato, si può notare che: 1. Le due zone di benessere termico (estivo ed invernale) si sovrappongono leggermente intorno ai 23 C/24 C. A questa T operativa, un uomo vestito con abiti invernali avverte in inverno una lieve sensazione di caldo, mentre un uomo vestito con abiti estivi avverte in estate una lieve sensazione di freddo. 2. Se la temperatura media radiante T rad risulta circa uguale alla temperatura di bulbo asciutto T ba, si può con buona approssimazione sostituire, sull ascissa, la temperatura operativa con la T ba e utilizzare, quindi, il diagramma psicrometrico tradizionale. 3. Se la velocità dell aria è maggiore di 0.15 m/s, le zone si spostano verso destra (sono, cioè, necessarie T ba più alte). Se aumenta il livello di attività e quindi il metabolismo M risulta maggiore di 1.2 met, le suddette zone si spostano verso sinistra nel diagramma psicrometrico tradizionale. Stagione T amb ottimale ( C) Campo di variabilità T amb ( C) Inverno Estate Fabrizio Ascione 31/46

32 Indici di Comfort PMV e PPD Allo scopo di individuare condizioni di comfort termico globale, sono stati introdotti degli indici, funzione delle sei variabili prima definite, che assumono lo stesso valore per tutte le combinazioni delle sei variabili che determinano uguali sensazioni termiche. Gli indici proposti in letteratura sono di due tipi: Indici di sensazione, basati sul giudizio che un campione significativo di persone. Indici di temperatura, che si basano sulla definizione di temperature equivalenti. Tra gli indici più utilizzati si citano il PMV ed il PPD, entrambi indici di sensazione. Si noti che, poiché tali indici si basano su medie relative a valutazioni comunque soggettive, anche quando gli indici calcolati risultano compresi in intervalli di benessere ci possono sempre essere dei soggetti che ritengono l ambiente in esame caldo o freddo. Fabrizio Ascione 32/46

33 L indice PMV (Predicted Mean Vote, cioè Voto Medio Previsto) è un indice che esprime un voto medio assegnato da un gruppo di persone selezionate riguardo al microclima di un ambiente confinato. + 3 Molto caldo +2 Caldo +1 Leggermente caldo 0 Neutralità -1 Leggermente freddo -2 Freddo -3 Molto freddo Il voto può essere uno dei 7 nella tabella a sinistra. Il PMV dipende dai 6 parametri prima visti. Tale indicatore fu introdotto da Olaf Fanger. In base alla norma UNI EN ISO 7730 (vecchia versione), un ambiente sarà accettabile se PMV è compreso tra 0.5 e 0.5. Si il PMV non è compreso tra 1 e +1, l ambiente non è termicamente moderato, bensì rispettivamente severo caldo o severo freddo. Il PMV, matematicamente, è espresso tramite una complessa relazione fisicomatematica Fabrizio Ascione 33/46

34 Secondo quanto detto in precedenza, anche quando risulta PMV=0 (neutralità termica) vi saranno alcune persone che non troveranno gradevole il microclima PPD % 20 Per capire meglio, e quantificare, tale situazione, è utile introdurre un secondo indice, il PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied), cioè Percentuale Prevista di Insoddisfatti), legato al PMV da una relazione analitica rappresentata a destra PMV Fabrizio Ascione 34/46

35 E importante precisare che, come visibile nei diagrammi precedenti, anche per PMV=0 risulta PPD 0 (=5%). Si vede anche che il vincolo indicato nella norma UNI EN ISO 7730, PMV compreso tra 0.5 e 0.5, equivale ad una percentuale di insoddisfatti pari al 10% del campione di persone. CAUSE LOCALI DI MALESSERE Sino ad ora, si è parlato del benessere termico ed igrometrico dell individuo rispetto all ambiente nel suo complesso. In realtà, esistono anche cause locali di discomfort, di seguito brevemente illustrate. 1. Elevata differenza verticale di temperatura dell aria. 2. Pavimento troppo caldo o troppo freddo. 3. Correnti d aria. 4. Elevata asimmetria della temperatura piana radiante. Fabrizio Ascione 35/46

36 1. Elevata differenza verticale di temperatura dell aria. In ambiente possono verificarsi dei gradienti verticali di temperatura, poiché, per ragioni connesse alla densità minore, l aria più calda tende a stratificare verso l alto. Tale evento, oltre ad implicare un maggior consumo di energia nel periodo di riscaldamento, può produrre sensazione di discomfort (caldo alla testa, freddo ai piedi). La norma UNI EN ISO 7730/1997, nella precedenza versione che non considerava il comfort adattativo, prevedeva che tale differenza di temperatura T, a 0.1 m e 1.1 m (soggetto seduto), non fosse superiore ai 3 C. Ciò equivale ad accettare una percentuale massima di insoddisfatti pari al 5%. Fabrizio Ascione 36/46

37 2. Pavimento troppo caldo o troppo freddo. Il pavimento è in contatto con l individuo, con cui scambia energia per conduzione. Considerato uomini non scalzi, la UNI 7730/1997 stabiliva che una temperatura del pavimento (T pav ) compresa tra 19 C e 26 C è quella idonea a non determinare malessere, anche legato a problemi di circolazione sanguigna. Come limite superiore sono ammessi 29 C nel caso di impianto di riscaldamento a pavimento. Tale limite equivale ad accettare una percentuale massima di insoddisfatti, PD, pari al 10%. Fabrizio Ascione 37/46

38 3. Correnti d aria. Spesso, correnti d aria che investono la persona producono sensazioni di malessere termico localizzato nella zona del corpo investita. E stato definito un coefficiente, DR (Draft Risk, cioè rischio da correnti d aria), che rappresenta la percentuale di insoddisfatti da correnti d aria. In passato si riteneva che il discomfort da corrente d aria dipendesse solo dalla velocità dell aria; nel nuovo indice, DR, invece, si considera anche l influenza della T ba e dell intensità di turbolenza Tu. A rigore, pertanto, andrebbe valutato DR. In pratica, garantire velocità dell aria, ad altezza uomo, non superiori a 0.15 m/s può essere congruo in prima approssimazione Fabrizio Ascione 38/46

39 4. Elevata asimmetria della temperatura piana radiante. L uomo scambia energia per irraggiamento con le superfici dell ambiente in cui si trova. Quando questo presenta temperature superficiali molto difformi (ad esempio, da un lato una vetrata sul passaggio innevato e, dall altro, un focolare acceso) si potrebbero avvertire caldo al viso e freddo alla nuca (o viceversa). Ciò determina malessere. La differenza di temperatura piana radiante può risultare elevata in presenza di un camino, o di ampie superfici vetrate o di un impianto di riscaldamento a parete, a soffitto o a pavimento. In questi casi possono verificarsi situazioni di discomfort localizzato. Si hanno percentuali di insoddisfatti, PD rad, diverse a seconda del tipo di situazione in cui ci si trova. PDrad [%] soffitto caldo parete fredda soffitto freddo parete calda Tp,rad [ C] Fabrizio Ascione 39/46

40 CENNI SULLA QUALITA DELL ARIA IN AMBIENTI CONFINATI Il comfort negli ambienti confinati non può essere garantito se non si verificano condizioni di buona qualità e purezza dell aria. Sono richiesti, pertanto: FILTRAZIONE DELL ARIA RINNOVO DELL ARIA FILTRAZIONE DELL ARIA La qualità dell aria, spesso citata come IAQ (Indoor Air Quality), dipende dalla concentrazione degli inquinanti presenti (bioeffluenti, polveri, gas indesiderati, fumi). Relativamente agli impianti di climatizzazione, la precedente norma UNI 10339/1995 riportava una tabella con indicazioni relative a 14 classi di filtrazioni: l efficienza di filtrazione variava tra valori inferiori al 65% per la classe 1 ed il % per filtri di classe 14. Fabrizio Ascione 40/46

41 FILTRAZIONE DELL ARIA Classe Efficienza del filtro E Campo di efficienza % Metodo di prova 1 M E < 65 ponderale 2 M 65 E < 80 ponderale 3 M 80 E < 90 ponderale 4 M 90 E ponderale 5 A 40 E < 60 atmosferico 6 A 60 E < 80 atmosferico 7 A 80 E < 90 atmosferico 8 A 90 E < 95 atmosferico 9 A 95 E atmosferico 10 AS 95 E < 99.9 fiamma sodio 11 AS 99.9 E < fiamma sodio 12 AS E < fiamma sodio 13 AS E < fiamma sodio 14 AS E fiamma sodio M = media efficienza, A = alta efficienza, AS = altissima efficienza e filtri assoluti Fabrizio Ascione 41/46

42 FILTRAZIONE DELL ARIA Oggi la Norma è stata aggiornata. I filtri non sono più M, A ed AS bensì G, F, ULPA (Ultra-Low Particulate Air) ed HEPA (High-Efficiency Particulate Air). In sostanza, cambia la denominazione ma non la teoria alla base. Ogni filtro di un impianto di climatizzazione deve essere preceduto da 1 di classe inferiore. Classificazione degli edifici per categorie Classe ** di filtri Efficienza di filtrazione ** EDIFICI ADIBITI A RESIDENZA E ASSIMILABILI min. Max. - abitazioni civili 4 7 M *, M+A - collegi, luoghi di ricovero, caserme, conventi 4 7 M *, M+A - alberghi, pensioni 5 7 M+A Fabrizio Ascione 42/46

43 RINNOVO DELL ARIA Oltre alla filtrazione, per avere qualità dell aria, bisogna garantire anche opportuni rinnovi dell aria ambiente, valutati in m 3 di aria per persona (m 3 /h persona). Ciò prevede, per dimensionare le portate d aria di rinnovo, la conoscenza dell indice di affollamento degli ambienti. Classificazione degli edifici per categorie (UNI 10339) EDIFICI ADIBITI A RESIDENZA E ASSIMILABILI a) Abitazioni civili: Ricambio aria (litri/s/persona) Affollamento n s (persone/m 2 ) Soggiorni, camere da letto b) collegi, case di pena, caserme, conventi: soggiorni sale riunioni Per definire il rinnovo di aria in un locale, si è soliti riferirsi al numero di rinnovi orari, anche detti ACH (Air Change per Hour). Fabrizio Ascione 43/46

44 CENNI SUL COMFORT ADATTATIVO Un diverso approccio per valutare le condizioni di comfort termico, è consistito nello sviluppare la teoria del comfort adattativo. L avvio agli studi sul comfort adattativo è partito dalle ricerche di G.S. Brager, e R.J. de Dear, in cui si stabilisce che la temperatura di comfort in ambiente non è disconnessa dalle condizioni climatiche esterne, bensì fortemente legata a queste. In particolare, si stabilisce anche che l uomo, qualora sia in grado di modificare le condizioni del contesto in cui si trova (variare l abbigliamento, aprire o chiudere le finestre, accendere o spegnere l impianto), sia disposto ad accettare condizioni anche non propriamente ideali. Gli studi di O. Fanger, invece, erano condotti in camera climatica, senza, pertanto, alcuna possibilità di scelta e condizionamento da parte delle persone lì all interno. Fabrizio Ascione 44/46

45 L adattamento comportamentale dell uomo comprende: 1. adattamento personale (variare l'abbigliamento, l'attività, la postura; mangiare cibo; bere bevande calde o fredde); 2. spostarsi in un altro ambiente o in un'altra posizione; 3. adattamento ambientale (aprire o chiudere le finestre, adattare agli schermi solari; attivare il riscaldamento o un ventilatore; chiudere i diffusori di aria; agire su altri controlli del sistema di climatizzazione); 4. adattamento culturale (adattare il "dress code" alle condizioni climatiche; programmare le attività, ecc.). I nuovi standard sul comfort termico (Ashrae Standard 55/2004 e EN ISO 7730/2005) non stabiliscono condizioni fissate di comfort, ma le differenziano in base al tipo di impianto ed al controllo microclimatico perseguito. In particolare, per ambienti fully-conditioned, si conserva ancora un approccio legato alla teoria di Fanger. Laddove, però, l utente sia in grado di modificare sostanzialmente il microclima, vi è una maggiore accettabilità dell ambiente. Fabrizio Ascione 45/46

46 Temperature operative di comfort estivo, secondo l approccio adattativo, per tre città italiane. Temperatura operativa interna [ C] Category I (90% acceptation) Category II (80% acceptation) Category III (65% acceptation) Temperatura media mensile esterna [ C] FINE Fabrizio Ascione 46/46