AMBIENTI INDOOR E COMFORT TERMOIGROMETRICO

Transcript

1 AMBIENTI INDOOR E COMFORT TERMOIGROMETRICO

2 Edificio e salute degli abitanti La maggior parte delle persone trascorre il 90% del tempo in luoghi confinati Scuola, casa, lavoro, luoghi ricreativi, mezzi pubblici L edificio deve garantire Benessere termoigrometrico Qualità dell aria Benessere acustico, visivo, psicologico e sociale

3 Microclima Clima degli ambienti confinati (abitazioni, ambienti di lavoro, impianti sportivi indoor, ecc.) definito dal complesso delle caratteristiche fisico-chimiche dell aria di questi ambienti

4 Benessere termoigrometrico È la sensazione di soddisfazione che le persone provano all interno di un ambiente confinato circa la sensazione termica In condizioni stazionarie, il benessere termoigrometrico delle persone dipende da sei grandezze: quattro caratterizzanti le condizioni ambientali ( fattori microclimatici ) temperatura dell'aria; temperatura media radiante delle superfici che delimitano l'ambiente (calore radiante ); umidità relativa dell aria; velocità dell'aria; e due caratterizzanti gli individui attività fisica svolta [attività metabolica M = f(attività)]; resistenza termica dell abbigliamento (R ab ).

5 Sistema termoregolatore nell uomo Le funzioni fisiologiche dell uomo possono esplicarsi correttamente solo in un intervallo di temperatura assai ristretto, attorno a 37 C. Per poter mantenere pressoché costante la temperatura corporea, l'uomo possiede un sofisticato sistema di termoregolazione nell'ipotalamo che, sulla base di stimoli provenienti dai termorecettori posti sulla superficie della pelle, mette in azione strategie compensatrici

6 Sistema termoregolatore nell uomo Per aumentare la temperatura corporea: Vasocostrizione periferica Aumento attività fisica Modifica abbigliamento Tremori incontrollati (brividi) Per diminuire la temperatura corporea Vasodilatazione periferica Sudorazione Modifica abbigliamento

7 Benessere, disagio, stress termico Benessere termico L equilibrio viene mantenuto con un minimo di sforzo da parte dei meccanismi di termoregolazione Disagio termico L equilibrio viene mantenuto con notevole impegno da parte dei meccanismi termoregolatori Stress termico (disequilibrio) Nonostante gli sforzi dei meccanismi termoregolatori, l equilibrio non viene raggiunto colpo di calore, congelamento

8 Bilancio termico B = M ± C ± R - E M è l energia metabolica metabolismo basale, a cui si aggiunge il consumo energetico prodotto per effetto della attività svolta C è il calore scambiato per conduzione/convezione R è il calore scambiato per irraggiamento funzione della temperatura radiante media e della temperatura cutanea del soggetto E è l evaporazione processo molto più rapido di dissipazione di energia M è sempre positivo, E è sempre negativo, C ed R possono essere positivi o negativi a seconda che gli scambi termici siano diretti dall ambiente all uomo o viceversa Quando il bilancio termico B è uguale a 0, il corpo è in condizione di omeotermia, cioè l ambiente favorisce la stabilità dell equilibrio termico. Se B>0 la temperatura corporea sta aumentando, se B<0 sta diminuendo

9 Parametri che intervengono nel bilancio termico Variabili oggettive ambientali temperatura, umidità, ventilazione, calore radiante misurabili con strumenti tecnici Variabili legate all individuo calore metabolico, temperatura cutanea, capacità sudorativa, dimensione corporea, abbigliamento, temperatura corporea (febbre!), stato di salute

10 Temperatura In fisica, la temperatura è la proprietà che caratterizza lo stato termico di due sistemi in relazione alla direzione del flusso di calore che si instaura fra di essi Quando due sistemi si trovano in equilibrio termico e non avviene nessun trasferimento di calore, si dice che sono alla stessa temperatura Quando esiste una differenza di temperatura, il calore tenderà a muoversi dal sistema a temperatura più alta verso il sistema a temperatura più bassa, fino al raggiungimento dell'equilibrio termico

11 Scambi di calore

12 Scambi di calore

13 Temperatura - Strumenti La maggior parte degli strumenti per la misura della temperatura si basano sulla misurazione di una delle proprietà fisiche di un dato materiale, che varia con la temperatura. Uno degli strumenti più comuni è il termometro di vetro, che consiste di un tubicino di vetro riempito con mercurio o un altro liquido (es. alcool). L'incremento di temperatura fa espandere il liquido e la temperatura può essere determinata misurando il volume del fluido. Questi termometri possono essere calibrati, in modo che sia possibile leggere le temperature su una scala graduata, semplicemente osservando il livello del fluido nel termometro.

14 Termometro a mercurio

15 Termometro a fionda

16 Termometro a massima e minima

17 Temperatura radiante La temperatura media radiante (Tmr) è la temperatura media delle superfici che racchiudono l'ambiente, o meglio di tutti quegli elementi che ci circondano e che si trovano ad una temperatura diversa da quella del nostro corpo. Si calcola come media delle temperature delle pareti interne all'ambiente, compresi soffitto e pavimento

18 Globotermometro

19 Termocamere ad infrarossi Una termocamera ad infrarossi è un dispositivo senza contatto che rileva l'energia all'infrarosso (calore) emessa da un oggetto e la converte in un segnale elettronico che viene elaborato per produrre un'immagine termica su un display ed eseguire i calcoli della temperatura

20 Termocamere ad infrarossi Una termocamera ad infrarossi è in grado di analizzare interi edifici, impianti di riscaldamento ed installazioni HVAC La termocamera è in grado di identificare le aree problematiche che non possono essere viste ad occhio nudo

21

22

23

24 Effetti della temperatura sulla prestazione 32 C 27 C 24 C

25 Effetti della temperatura sulla prestazione 21 C 19 C 16 C 10 C

26 Umidità e umidità relativa L'umidità è la misura della quantità di vapore acqueo presente nell aria L umidità relativa indica il rapporto percentuale tra la quantità di vapore contenuto da una massa d'aria e la quantità massima (cioè a saturazione) che la stessa massa d'aria può contenere nelle stesse condizioni di temperatura e pressione. Si misura con: Igrometri, Psicrometri

27 Valori di umidità relativa Valori bassi di umidità relativa si hanno in corrispondenza di clima caldo secco, per esempio frequente ai Tropici. Alle nostre latitudini l'umidità relativa è tra il 30% e il 100%. L'umidità relativa dell'aria in situazioni di benessere varia da 35 a 65% Non dovrebbe mai essere superato il valore di 50% con temperature maggiori di 26 C.

28 Valori di umidità relativa e rischi per la salute

29 Igrometro a capello

30 Consiste di 2 termometri: Un termometro è tenuto umido L altro è asciutto Il termometro bagnato segna una temperatura più bassa rispetto all altro perché l evaporazione dell acqua sottrae calore La differenza tra le temperature dei 2 termometri è una misura dell umidità relativa dell aria Psicrometro

31 Ventilazione Movimento di aria, dovuto alle differenze di temperatura L aria calda sale e richiama aria fredda venti, movimenti di aria Misura: anemometro a filo caldo, a ventolina (m/sec)

32 Anemometro a filo caldo Gli anemometri a filo caldo utilizzano un filo molto sottile (nell'ordine di pochi micron) riscaldato elettricamente alcuni gradi sopra la temperatura ambientale. Il flusso di aria raffredda il filo. Siccome la resistenza elettrica di alcuni metalli (per gli anemometri a filo caldo è molto utilizzato il tungsteno) dipende dalla temperatura, è possibile ricavare informazioni sulla velocità del flusso di aria a partire dalla resistenza calcolata sul filo

33 Anemometro a ventolina

34 Centralina microclimatica

35 Valori indicativi di benessere microclimatico Stagione Temperatura dell aria Umidità relativa Velocità dell aria Inverno C 40-50% m/s Estate C 50-60% m/s

36 Indici di benessere Invece che misurare i singoli parametri fisici dell aria si può ricorrere ad indici di benessere che con un unico valore quantificano gli scambi termici tra uomo e ambiente PPD, PMV Indice catatermometrico Temperatura Effettiva WBGT

37 Indici di Fanger Si basano sulla risoluzione dell equazione di bilancio termico: M + C + R + K + E + Cres + Eres = S Dove siano: M la cessione o assorbimento di energia termica da energia meccanica C la convezione con l aria ambiente R l irraggiamento K la conduzione rispetto ai corpi solidi E l evaporazione cutanea Cres la variazione di temperatura dell aria espirata Eres la variazione di umidità dell aria espirata Quando S=0, la potenza calorica prodotta dall organismo eguaglia quella dispersa, si hanno le condizioni migliori di equilibrio e quindi di benessere termico

38 Indici di Fanger Per la formulazione pratica della equazione è però necessario calcolare: la resistenza termica standard dei diversi tipi di abbigliamento (in Clo ) la produzione media di energia termica in rapporto ai diversi tipi di attività lavorativa ed attività fisica (in Met )

39 Indici di Fanger PMV (Predicted Mean Vote) è il valore medio dei voti espressi da un ampio campione di persone presenti nell ambiente studiato che esprimono la loro sensazione termica utilizzando una scala di 7 voti: +3 Molto caldo +2 Caldo +1 Leggero caldo 0 Neutralità -1 Leggermente fresco -2 Fresco -3 Freddo

40 Indici di Fanger PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) Fanger ha correlato il voto espresso (PMV) al grado di insoddisfazione dei soggetti stessi, individuando la percentuale presumibile di insoddisfatti associata ad ogni valore di PMV Calcolo sperimentale su 1300 volontari vestiti con abiti leggeri ed esposti per 3 ore consecutive ad ambienti climatizzati in prova PPD e PMV possono essere calcolati automaticamente a partire dai dati raccolti da una centralina microclimatica

41 Relazione tra PMV e PPD

42 Esempi di PMV e PPD Condizione Temperatura dell aria Umidità relativa Velocità dell aria PMV PPD Attività fisica in ambiente non riscaldato in inverno Autoveicolo climatizzato sotto il sole in estate Casa in campagna con riscaldamento ad aria appena avviato 10 C 75% % 26 C 50% 0.6 m/s % 19 C 60% %

43 Indice katatermometrico E basato sul rapporto tra un valore corrispondente alla perdita di millicalorie per cm2 di bulbo (specifico per il termometro utilizzato) e il tempo necessario ad un termometro capillare ad alcool per scendere da 38 C a 35 C nato nel 1912 (Hill) ha dimostrato accettabile corrispondenza con le sensazioni di benessere termico statisticamente valutate su campioni di popolazione non tiene conto dell evaporazione il suo uso è limitato alle condizioni che non determinano sudorazione

44 Indice katatermometrico Per individui in riposo, la sensazione di maggior benessere si ha per valori di k intorno a 5-6. Valori più alti indicano condizioni di freddo Valori più bassi indicano condizioni di caldo

45 Indice di Temperatura Effettiva (TE) Costruito dall ASVHE (American Society of Ventilation and Heating Engineers) elaborando statisticamente le risposte soggettive fornite da volontari esposti a diverse combinazioni microclimatiche (temperatura, umidità, ventilazione) Come scala di riferimento, si utilizzavano le risposte fornite ad una successione di condizioni microclimatiche a temperatura variabile ma umidità fissa (saturazione, 100%) e ventilazione assente in modo tale da indicare con la sola misura della temperatura la sensazione corrispondente ad una specifica combinazione Si calcola utilizzando centraline microclimatiche che utilizzano sensori per le diverse misurazioni i dati rilevati sono elaborati da un software che fa riferimento alle tabelle studiate in condizioni sperimentali

46 Limiti della Temperatura Effettiva (TE) Vanno considerati in relazione all atttività svolta T.E.=30 C limite ammissibile per un lavoro sedentario T.E.=28 C limite ammissibile per un lavoro moderato T.E.=26 C limite ammissibile per un lavoro pesante

47 WBGT Lo strumento è stato ideato in ambito militare per evitare l insorgenza del colpo di calore nei militari sottoposti a difficili condizioni ambientali Il suo impiego è suggerito in sport che richiedono lunghi sforzi, quali la maratona o nei cavalli negli sport equestri

48 WBGT Wet Bulb Globe Temperature Lo strumento di misura WBGT è composto da 3 termometri Un globo nero per misurare l irraggiamento solare Un termometro asciutto Un termometro umido