Comfort termoigrometrico,

Transcript

1 Corso di Progettazione Ambientale prof. Fabio Peron Il comfort termoigrometrico Comfort è la condizione mentale che esprime soddisfazione erso l ambiente sensazione termica è la alutazione soggettia del grado di comfort Comfort termoigrometrico, Fabio Peron Uniersità IUAV - Venezia Grandezze da cui dipende il comfort: labbigliamento dell uomo, I cl lattiità dell uomo, Met ltemperatura dell aria t a lelocità relatia dell aria a umidità dell aria Ur a temperatura media radiante delle superfici dell ambiente, t mr Non esiste un unica condizione di comfort, ma le condizioni di comfort sono definite dalle infinite combinazioni delle sei ariabili. La sensazione è soggettia e le stesse condizioni ambientali su soggetti diersi possono portare a sensazioni dierse. Il bilancio di energia del corpo umano Il sistema corpo umano scambia energia con l ambiente e produce calore al suo interno grazie al metabolismo. Accumulo di energia nel sistema uomo Quando l accumulo di energia, interno all uomo è nullo, la sensazione termica si può definire neutra: S = M L Q 0 = M L Q Scambi di calore del corpo umano Energia prodotta: (metabolismo M consumo per attiità L) scambi termici Q = Q + Q + Q + Q + Q + Q + Q K Q cond - potenza scambiata per conduzione tra corpo e superfici; Q con -potenza scambiata per conezione tra corpo e aria; Q R - potenza scambiata per radiazione tra corpo e superfici; Q Si -potenza sensibile scambiata nei polmoni durante la respirazione; Q Li -potenza latente scambiata nei polmoni durane la respirazione; E D -potenza latente legata alla traspirazione; E S -potenza latente legata sudorazione. C R I diersi termini della somma ΣQ relatii ad una singola modalità di scambio termico sensibile o latente, possono essere esplicitati: Sr Lr Ed Es

2 L equazione di Fanger I diersi termini della somma ΣQ relatii ad una singola modalità di scambio termico sensibile o latente, possono essere esplicitati in funzione di grandezze fisiche ambientali e comportamentali: M(1-η) -h cp f A DB (t* - t a ) - f eff f A DB h rp (t * - t mr *) + Scambio per diffusione del apore L equazione di Fanger I diersi termini della somma ΣQ relatii ad una singola modalità di scambio termico sensibile o latente, possono essere esplicitati in funzione di grandezze fisiche ambientali e comportamentali: M(1-η) -h cp f A DB (t* - t a ) - f eff f A DB h rp (t * - t mr *) + r Π f d A DB (1 -β)(p sk *-p a )+ Scambio per radiazione Potenza metabolica Scambio per conezione r Π f d A DB (1 -β)(p sk *-p a )+ 0,2 A DB [M (1-η)/A DB 58,15] m a.e c pa (t x -t a )+ Scambio sensibile nella respirazione m a,e r (x x -x a ) = 0 Scambio latente nella respirazione Scambio per sudorazione 0,2 A DB [M (1-η)/A DB 58,15] m a.e c pa (t x -t a )+ m a,e r (x x -x a ) = 0 Vari studi sperimentali nel settore. In particolare P.O. Fanger e B. Olesen DTU Copenhagen, operando in una camera climatica con gli studenti dei loro corsi hanno indagato la sensazione di benessere percepita dai singoli indiidui e rileato i dati fisici e fisiologici che caratterizzaano ogni proa. Hanno studiato nel dettaglio la temperatura della pelle t sk elapotenza termica di traspirazione E t concludendo che sono proprio queste ariabili ad influenzare fortemente la sensazione di comfort. Dall analisi dei dati sperimentali, in condizioni di comfort t sk e E t dipendono solo dal metabolismo e sono erificate le relazioni : E t * = 0,2 A DB [M (1-η)/A DB 58,15] potenza termica per sudorazione t sk * = 35,7 0,0275 M (1-η)/A DB temperatura della pelle metabolismo Il metabolismo è l insieme dei processi che trasformano l energia chimica del cibo, in energia utile al funzionamento del corpo umano. La potenza metabolica necessaria al funzionamento degli organi itali, detta potenza metabolica basale, dipende da caratteristiche dell indiiduo ed è pari a circa 3 W per m 2 di superficie corporea. La superficie corporea è funzione della massa, m, e altezza, h, secondo la relazione di Du Bois: A = m U 0.25 h 0.725

3 metabolismo Un uomo adulto che dorme o che è comunque coricato a letto produce dunque, come metabolismo basale, una potenza di circa W. La potenza metabolica M assume alori subito più eleati appena l uomo solga una qualsiasi attiità: per un uomo seduto è intorno a W. M iene alutato utilizzando un unità di misura non appartenente al Sistema Internazionale il met pari a 58,2 W/m 2. Tale alore unitario corrisponde alla potenza metabolica per unità di superficie corporea siluppata da un uomo in un attiità sedentaria. metabolismo Actiity Metabolic Rates [M] Reclining 6 W/m Met Seated relaxed 58 W/m Met Clock and watch repairer 65 W/m Met Standing relaxed 70 W/m Met Car driing 80 W/m 2 1. Met Standing, light actiity (shopping) 93 W/m Met Walking on the leel, 2 km/h 110 W/m Met Standing, medium actiity (domestic work) 116 W/m Met Washing dishes standing 15 W/m Met Walking on the leel, 5 km/h 200 W/m 2 3. Met Building industry 275 W/m 2.7 Met Sports running at 15 km/h 550 W/m Met la resistenza del estiario la resistenza del estiario 1.2 Clo 1.0 Clo La resistenza termica del estiario iene alutata con un unità Non appartenente al SI: il clo pari a 0,155 m 2 K/W 0.5 Clo 0,15 Clo indumento I clu Clo I clu m 2 C/W Underwear Underwear, shirts Shirts Trousers Insulated coeralls Sweaters Pantyhose Briefs Pants long legs Bra T shirt Half slip, nylon Tube top Short sleees Normal, long sleees Shorts Normal trousers Oeralls Multi component filling Fibre pelt Thin sweater Normal sweater Thick sweater

4 la temperatura media radiante la temperatura media radiante E definita come la temperatura dell inolucro, nero e isotermo, di una ipotetica stanza che arebbe con la persona lo stesso scambio di calore che si ha nella stanza reale. T mr = FuiTi T i è la temperatura della superficie i-esima e F Ui il fattore di ista tra l uomo e tale superficie. Da notare che la T mr aria con la posizione della persona nella stanza. la temperatura media radiante Fanger utilizzando riprese fotografiche ha calcolato e ci fornisce i alori dei fattori di ista dell uomo in piedi e seduto con i diersi elementi di inolucro. Gli indici di comfort Spinto dalla proporzionalità tra quello che si può definire il carico termico del corpo umano e la sensazione di freddo e di caldo proata dall uomo, Fanger nel 1970 propose un nuoo indice di comfort detto PMV (Predicted Mean Vote) o Voto Medio Preisto. VOTO SENSAZIONE In prima approssimazione per un uomo al centro di una stanza si può assumere che il fattore di ista della superticie i-esima di area Ai sia pari al rapporto Ai/Atot con Atot area totale delle pareti della stanza. +3 molto caldo +2 caldo +1 leggermente caldo 0 Neutra -1 leggermente freddo -2 freddo -3 molto freddo PMV = f (I cl, M, t a, a,ur a, t mr )

5 Gli indici di comfort Gli indici di comfort: soggettiità e dispersione statistica Grazie alle indagini sperimentali, Fanger ha potuto correlare indice di comfort, PMV, alle ariabili ambientali e soggettie da cui si era eidenziato dipende il comfort termoigrometrico. A partire dalla equazione di bilancio già ista si ottiene: PMV = [ 0.303exp( 0.036M) ] S PMV = [0.303 exp( 0.036M) ][( M L) { ( M L) pa} 0.2{ ( M L) 58.15} 5 M( 5867 pa ) 0.001M( 3 ta ) 8 f ( t + 273) ( t + 273) f h t t { } ( ) mr c a PPD percentuale preista di insoddisfatti Un indice sintetico: Temperatura operatia E una media pesata tra la temperatura dell aria e la temperatura media radiante E quella temperatura uniforme dell aria e delle pareti dell ambiente che proocherebbe nel soggetto il medesimo scambio termico per radiazione e conezione che si ha in realtà Discomfort localizzato Anche quando in un ambiente si abbiano condizioni globali corrispondenti a comfort con alori di PMV e PPD buoni ci possono essere situazioni locali che portano gli occupanti ad aertire sensazioni di discomfort. t operante = h r t mr h + h r + h c c t a Le tipologie di discomfort localizzato eidenziate dai ricercatori sono le seguenti: h c = coefficiente di scambio conettio uomo aria h r = coefficiente di scambio radiante uomo superfici ambiente t operante = A t a + (1 - A) t mr se (t mr -t a ) < K Presenza di correnti d aria Paimento troppo caldo o troppo freddo Eleato gradiente erticale di temperatura Asimmetria della temperatura radiante A = 0,5 w a <0,2 m/s A = 0,6 0,2 < w a < 0, 6 A = 0,7 0,6 < w a < 1,0

6 Criteri di progettazione Criteri di progettazione per PMV-PPD e temperatura operatia in ambienti interni standard (ISO , ASHRAE , CR )., ) Class Comfort requirements Temperature range PPD PMV Winter(1.0clo/1.2met) Summer(0.5clo/1.2 met) [%] [/] [ C] [ C] A < < PMV < B < < PMV < C < <PMV <