Impianti tecnici per l edilizia

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1 Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile Impianti tecnici per l edilizia (5 CFU) a. a. 2011/12 Elisa Moretti Università degli Studi di Perugia Dipartimento di Ingegneria Industriale, sezione di Fisica Tecnica [email protected] Web site:

2 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 2 Contenuti del Corso (40 ore) 1. Benessere termoigrometrico, energetica degli edifici e impianti di climatizzazione e condizionamento 2. Acustica 3. Illuminotecnica

3 Contenuti del Corso: Impianti Benessere termoigrometrico e qualità dell aria Benessere termoigrometrico e principali indici del benessere; influenza dei principali parametri ambientali sul benessere (temperatura, umidità relativa, velocità dell aria, ecc.). Cause di discomfort locale. Cenni sulla qualità dell aria. Strumentazioni di misura. Carichi termici Condizioni interne ed esterne di progetto e calcolo dei carichi termici estivi ed invernali: carichi termici esterni (trasmissione attraverso l involucro edilizio, infiltrazione, ventilazione) ed interni (persone, macchinari, illuminazione). Applicazione ad un caso di studio. Impianti di climatizzazione Fabbisogno energetico degli edifici ed impianti: normativa e verifiche ai sensi della Legislazione vigente. Certificazione energetica degli edifici Classificazione degli impianti di climatizzazione. Criteri di progettazione degli impianti di riscaldamento e condizionamento convenzionali. Descrizione e dimensionamento dei principali elementi degli impianti (terminali di immissione dell aria, canalizzazioni, unità di trattamento aria, ventilconvettori, circuiti idraulici, macchine termiche e frigorifere, sistemi di filtrazione). Applicazione della certificazione energetica ad un caso di studio, calcolo della trasmittanza termica per elementi tipici dell involucro. a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 3

4 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 4 Contenuti del Corso: Acustica Acustica architettonica Progettazione acustica e trattamenti acustici delle sale; Indici di qualità acustica delle sale. Acustica ambientale Il rumore: indici di valutazione del rumore e metodologia di misura. Propagazione del suono negli ambienti aperti e valutazione dell attenuazione (divergenza sferica, condizioni climatiche, effetto suolo, presenza di barriere e ostacoli). Barriere acustiche: caratteristiche principali e dimensionamento. Cenni sui riferimenti normativi. Acustica edilizia Trasmissione del suono attraverso le strutture; Requisiti acustici passivi degli edifici ai sensi del D.P.C.M. 5/12/1997. Applicazione ad un caso di studio Strumentazioni di misura.

5 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 5 Contenuti del Corso: Illuminotecnica Richiami sugli apparecchi e le sorgenti luminose Richiami sui metodi semplificati di progettazione illuminotecnica (flusso totale, punto-punto); Progettazione illuminotecnica di ambienti confinati nei seguenti casi di studio: Residenze; Scuole; Ambienti commerciali; Ospedali e ambienti medici; Gallerie d arte e musei; Progettazione illuminotecnica di ambienti aperti: Strade; Inquinamento luminoso: recenti Leggi e regolamenti regionali Strumenti per le verifiche illuminotecniche ed i collaudi Applicazione ad un caso di studio mediante software illuminotecnico

6 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 6 Testi consigliati e modalità di verifica TESTI CONSIGLIATI: C. Buratti: Impianti di Climatizzazione e Condizionamento, Morlacchi Editore, M. Felli: Lezioni di Fisica Tecnica e Ambientale: Trasmissione del Calore, Acustica, Tecnica dell Illuminazione, Nuova edizione a cura di Cinzia Buratti, Morlacchi Editore, MODALITÀ DI VERIFICA DEL PROFITTO: La verifica del profitto consiste nell elaborazione di una tesina e in una prova orale (durata circa 30 minuti). L elaborato deve essere consegnato almeno 10 giorni prima della prova di esame.

7 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 7 1. Impianti di Climatizzazione e Condizionamento IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO

8 Il benessere negli ambienti confinati Il benessere è quella condizione mentale che esprime soddisfazione nel confronti dell ambiente termico ASRHAE (American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers) La neutralità termica è una condizione necessaria ma non sufficiente; Il benessere è legato, oltre che alla temperatura, anche ad altri parametri: Umidità relativa dell aria; Velocità dell aria; Purezza dell aria; Temperatura delle superfici radianti; Vestiario e attività svolta dagli occupanti. Il benessere è una condizione soggettiva legato alla stato psicologico dell individuo La progettazione degli impianti e delle strutture è finalizzata al benessere degli occupanti, ovvero a rendere minimo il numero degli insoddisfatti. Nel valutazione più generale del comfort indoor occorre tenere in considerazione anche il comfort acustico e quello visivo a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 8

9 BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO Il corpo umano è un sistema termodinamico che trasforma energia di prima specie in calore e lavoro con rendimenti modesti ( METABOLISMO) -Sistemi di termoregolazione: -Regolazione basomotoria (fisiologica) -Regolazione comportamentale (livello di attività fisica e vestiario) Bilancio energetico del corpo umano M S L C K R W E M = potenza termica prodotta dal metabolismo (W/m 2 ); S = potenza termica accumulata o ceduta dal corpo (W/m 2 ); L = lavoro meccanico scambiato dal corpo con l'esterno (W/m 2 ); C = potenza termica scambiata per convezione (W/m 2 ); K = potenza termica scambiata per conduzione (W/m 2 ); R = potenza termica scambiata per irraggiamento (W/m 2 ); W = potenza termica scambiata attraverso la respirazione (W/m 2 ); E = potenza termica scambiata per evaporazione e traspirazione (W/m 2 ). Relazione di Du Bois Ask 0.202m h Ask= superficie della pelle (m 2 ); m = massa del soggetto (kg); Ask 1,8 m 2 per un uomo h = statura del soggetto (m). a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti Calore sensibile Calore latente 9

10 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 10 BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO Il valore ottenuto con la relazione di Du Bois non tiene conto del vestiario. Viene quindi introdotto nel bilancio un fattore fcl, definito come il rapporto tra la superficie di corpo coperta dagli abiti e la superficie nuda (A sk ), per tener conto della reale superficie di scambio termico di un soggetto vestito. Valori tipici di f cl: è un fattore di correzione che tiene conto della reale superficie di scambio termico di un soggetto vestito Abbigliamento f cl Pantaloni aderenti, camicia a maniche corte 1.15 Pantaloni aderenti, camicia a maniche lunghe 1.20 Pantaloni aderenti, camicia a maniche lunghe, giacca 1.23 Pantaloni lenti, camicia a maniche lunghe, maglione, maglietta intima 1.28 Pantaloni lenti, camicia a maniche lunghe, maglione, giacca, biancheria intima pesante 1.33 Gonna, camicia a maniche corte, collant, sandali 1.26 Gonna, camicia a maniche lunghe, sottoveste, collant 1.29 Gonna lunga, camicia a maniche lunghe, giacca,collant 1.46 Tuta a maniche lunghe, maglietta 1.23

11 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 11 BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: M 1 met = W/m 2 (soggetto seduto a riposo) Valori del metabolismo per diverse attività Attività soggetto met Attività soggetto met coricato 0.7 fornaio seduto 1.0 operaio edile in piedi 1.2 operaio meccanico camminare lentamente 2.0 operaio elettrico camminare velocemente 2.6 commesso di negozio guidare un automobile 1.5 orologiaio guidare una moto 2.0 tennis guidare un camion 3.2 squash guidare un aereo 2.0 Pallacanestro pulire casa 2.5 Ballo cucinare 1.8 golf fare shopping 1.6 pesca In alternativa esistono formule di Letteratura in funzione del volume di ossigeno consumato Metabolismo M (equazione proposta da Nishi) M = 351 (0.23 RQ ) VO 2 /Ask (W/m 2 ) RQ = quoziente di respirazione, pari al rapporto tra il volume di CO 2 prodotta e il volume di O 2 immesso; VO 2 = volume di O 2 consumato (l/min) a T = 0 C, P = 1 atm. Attività VO 2 Ossigeno consumato (l/min) leggera < 0.5 media pesante molto pesante estremamente pesante > 2

12 BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: S a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 12 Potenza termica ceduta o accumulata S 1. Condizione di omotermia (regime stazionario) (S = 0) M = L C K R W E (W/m 2 ) 2. Il calore immagazzinato è pari all incremento di energia interna (pelle e muscoli), può essere calcolato sulla base di equazioni disponibili in Letteratura S= S sk (pelle) +S cr ( muscoli e organi interni)

13 BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: L a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 13 Lavoro meccanico L ( valori modesti, trascurato perché dello stesso ordine di grandezza dell errore commeso per valutare M) Attività Rendimento (%) Attività Rendimento (%) Spalare con busto piegato 3 Camminare in salita 15 Spalare con busto eretto 6 Salire le scale 20 Avvitare con cacciavite 5 Spingere un carrello 24 Sollevare pesi 9 Pedalare in bicicletta 25

14 BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: C a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 14 Potenza termica scambiata per convezione ( naturale o forzata) avviene tra l aria e la superficie della pelle o il vestiario C= h cc (Tsk-Ta) oppure T cl al posto di T sk nel caso di soggetto vestito Equazioni per il calcolo del coefficiente di convezione h c = 8.3v 0.6 h c = 3.12 h c = v 0.87 h c = 5.1 h c = 8.6v 0.53 Equazione Campo di validità Autori 0.2 < v < < v < < v < < v < < v < 2.0 v = velocità del soggetto Mitchell Colin - Houdas Nishi - Gagge h c = 5.7(M-0.8) < M < 3.0 Gagge et Al. h c = 6.5v 0.39 h c = 14.8v 0.69 h c = < v < 2.0 v = velocità del soggetto 0.15 < v < < v < 0.15 h c in W/m 2 K; v in m/s; M in met. Nishi - Gagge Seppenam et Al.

15 BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: K Potenza termica scambiata per conduzione: avviene per contatto del corpo umano con oggetti solidi a temperatura diversa, sia direttamente sia attraverso la resistenza termica dei vestiti 1 clo = (m 2 C)/W (individuo vestito con slip, camicia, pantaloni, giacca, calzini, scarpe) Abbigliamento I cl (clo) Pantaloni aderenti, camicia a maniche corte 0.57 Pantaloni aderenti, camicia a maniche lunghe 0.61 Pantaloni aderenti, camicia a maniche lunghe, giacca 0.96 Pantaloni lenti, camicia a maniche lunghe, maglione, maglietta intima 1.01 Pantaloni lenti, camicia a maniche lunghe, maglione, giacca, biancheria intima pesante 1.30 Gonna, camicia a maniche corte, collant, sandali 0.54 Gonna, camicia a maniche lunghe, sottoveste, collant 0.67 Gonna lunga, camicia a maniche lunghe, giacca,collant 1.10 Tuta a maniche lunghe, maglietta 0.72 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 15

16 BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: R a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 16 Potenza termica scambiata per irraggiamento R: avviene tra la superficie del corpo umano, nuda o vestita, e le superfici circostanti; dipende dalle temperature e dalle emissività delle superfici h r = 4 (A/A sk )[0.5(T cl + T r )] 3 (W/m 2 K) oppure = emissività media della superficie del corpo e del vestiario (-); = costante di Stefan-Boltzmann (5.679x10-8 W/m 2 K 4 ); A = effettiva superficie corporea che partecipa agli scambi radiativi (es. A/A sk = per una persona seduta, A/A sk = per una persona in piedi [5]); T cl = temperatura della superficie del vestiario (K); T r = temperatura media radiante dell ambiente (K). h r = 4.71 (W/m 2 K)

17 BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: W ed E Potenza termica scambiata per respirazione W Ad ogni atto respiratorio, entra nel corpo aria nelle condizioni di temperatura ed umidità relativa dell'ambiente ed esce aria ad una temperatura di circa 34 C ed in condizioni sature; per temperatura dell'aria pari a 20 C, la potenza termica ceduta, a seconda del livello di attività, varia tra 2 e 5 W/m 2 e può essere trascurata Potenza termica scambiata per evaporazione E la cessione di potenza termica per evaporazione avviene in tre modi: 1. a livello dell'epidermide (sudorazione), 2. dei tessuti 3. a livello polmonare; Complessivamente una persona può produrre fino a un litro di liquido per ora, a cui corrisponde una potenza termica di circa 675 W. a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 17

18 INDICI DEL BENESSERE (classificazione ASHRAE) a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 18 Diretti Derivati razionalmente Empirici Gli indici diretti sono ottenibili mediante operazioni di misura: temperatura dell'aria (Ta) umidità relativa ( ); velocità dell'aria (v); temperatura di bulbo umido (Tb); temperatura del punto di rugiada (Tdp); temperatura a bulbo secco naturalmente ventilato (Tdb).

19 INDICI DEL BENESSERE (classificazione ASHRAE) a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 19 Diretti Derivati razionalmente Empirici Gli indici derivati razionalmente sono ottenuti con relazioni tra grandezze direttamente misurate; di questi vanno citati i seguenti: temperatura media radiante (Tr): è la temperatura uniforme di una cavità nera nella quale il calore scambiato per irraggiamento dal corpo umano eguaglia quella scambiata nell'ambiente reale, a temperatura non uniforme. temperatura operativa (To): temperatura uniforme di un ambiente fittizio dove il soggetto scambia per convezione e irraggiamento la stessa quantità di calore che scambia nell'ambiente reale; Gli indici empirici stabiliscono una correlazione tra parametri ambientali e sensazioni temperatura del globotermometro (Tg): è la temperatura di equilibrio raggiunta da una cavità nera del diametro di circa 15 cm, collocata all'interno dell'ambiente; essa combina gli effetti fisici della temperatura di bulbo umido, della velocità dell'aria e dello scambio di calore per irraggiamento;

20 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 20 INDICI DEL BENESSERE: PMV e PPD Il PMV (Predicted Mean Vote) è una funzione matematica che dipende da: vestiario, temperatura dell aria, attività svolta, temperatura media radiante, velocità dell aria, umidità. PMV = [0,303 e (-0,036 M) + 0,028] (M-W) 3, [5733 6,99 (M-W) - p a ] 0,42 [( M- W)-58,15] 1, M (5867- p a ) - 0,0014 M (34 - t a ) - f cl h c (t cl - t a )-3, f cl [(t cl +273) 4 - (t r +273) 4 ] Dove: M= metabolismo energetico(w/m 2 ) W= potenza meccanica efficace (W/m 2 ) η=m/w p a = pressione parziale del vapor d acqua (Pa) h c = coefficiente di convezione tra aria e abiti (W/m 2 K) t a = temperatura dell aria ( C) f cl = coefficiente di area dell abbigliamento =f (I cl ) I cl = isolamento termico dell abbigliamento (W K/m 2 ) t cl = temperatura superficiale media del vestiario ( C) t r = temperatura media radiante ( C)

21 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 21 INDICI DEL BENESSERE: PMV e PPD Esso rappresenta il voto medio espresso da un ampio campione di persone residenti nello stesso ambiente, che esprimono la propria sensazione termica attraverso una scala psicofisica che va da un valore +3 (molto caldo) fino a -3 (molto freddo) passando per situazioni intermedie in cui lo 0 corrisponde alla neutralità. Il PMV è correlato sperimentalmente al PPD (Percentuale Prevista di Insoddisfatti) (%), parametro che esprime il numero di persone che sarebbero portate a lamentasi delle condizioni climatiche riscontrate. PPD = exp[-(0,03353 PMV 4 + 0,2179 PMV 2 )]

22 INDICI DEL BENESSERE: PMV e PPD Voto medio previsto in funzione della percentuale prevista di insoddisfatti ISO 7730 Nella normativa tecnica vengono indicati limiti di accettabilità di un ambiente in funzione dei valori massimi della PPD e viene anche fornita una classificazione degli ambienti a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti Per PMV= 0 si ha PPD=5% PMV e PPD Sono presi come parametri di riferimento anche durante i monitoraggi sperimentali durante i collaudi 22

23 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 23 INFLUENZA DEI PARAMETRI AMBINTALI SUL BENESSERE: TEMPERATURA DELL ARIA La temperatura dell'aria non è sufficiente a definire le condizioni di benessere e con il solo controllo di essa la percentuale di soggetti pienamente favorevoli non supera il 60-65%, con una percentuale di insoddisfatti del 5% ed il rimanente 30-35% in condizioni di leggera insoddisfazione. Valori di progetto di temperatura e umidità relativa per locali generici raccomandati dalla UNI Variabile Inverno Estate Temperatura interna ( C) 20 26

24 UMIDITA RELATIVA a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 24 Secchezza effetti negativi sulle mucose del tratto superiore dell'apparato respiratorio, che può divenire più secco e perdere parzialmente la sua funzione di protezione contro le infezioni; secchezza dei capelli e della pelle Umidità eccessiva condensazione su superfici fredde formazione di muffe. La norma UNI-CTI suggerisce i seguenti valori di umidità relativa Variabile Inverno Estate Umidità relativa minima (%) Umidità relativa massima (%) Il diagramma ASHRAE del benessere indica un'area di benessere delimitata fra valori di umidità relativa compresi tra il 30% e il 70%. Gli stessi valori sono riportati nella norma UNI-EN-ISO 7730 sia per il caso invernale che estivo.

25 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti VELOCITA DELL ARIA 25 PPD Inverno Estate Studi di Fanger: Percentuale degli insoddisfatti in funzione della velocità media dell'aria all'altezza del collo, per diverse temperature UNI 10339: VELOCITA MEDIA ARIA (m/s) Condizioni standard: 0,15 m/sec; V = 0,05 m/sec per camere sterili; V = 0,40 m/sec per cucine in ristoranti Valori della velocità media dell aria secondo la ISO-DIS 7730 e la ASHRAE Categoria dell ambiente ( diversi valori PMV e PD) Inverno Estate T o ( C) v (m/s) T o ( C) v (m/s) A - condizioni termoigrometriche stringenti 22 ± ± B condizioni termoigrometriche intermedie 22 ± ± C - sono accettati valori di PPD più elevati 22 ± ±

26 QUALITA DELL ARIA INTERNA DEFINIZIONE INDOOR AIR QUALITY Standard 62/04 ASHRAE Per ambienti ad uso prevalentemente residenziale, la qualità dell aria interna è considerata accettabile quando in essa non sono presenti inquinanti in concentrazioni dannose, secondo quanto stabilito dalle autorità competenti e quando una notevole percentuale di persone ( 80%) non esprime insoddisfazione verso di essa. In generale, l aria deve essere percepita fresca e confortevole dagli occupanti, in modo da rendere minima la percentuale di insoddisfatti, e soprattutto devono essere trascurabili i rischi per la salute che derivano dalla sua respirazione. Implicazioni di carattere soggettivo a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 26 26

27 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 27 PRINCIPALI FONTI DI INQUINANTI ESTERNE Fonti di inquinamento civili e industriali, sostanze contaminanti presenti nell aria esterna che confluiscono all interno attraverso i condotti di ventilazione o le aperture Traffico veicolare Impianti di riscaldamento Attività produttive INTERNE Presenza di persone respirazione sudorazione Rilascio di particelle volatili: materiali di costruzione componenti di arredo

28 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 28 TIPI ED EFFETTI Tipi gas o vapori (CO, CO 2, SO X, NO X, VOC, ozono, radon, ammoniaca); inquinanti biologici (microrganismi, materiale organico); solidi, ulteriormente suddivisi in base al diametro in polveri ( < 5 µm) e fumi (diametro 0,1 1 µm); organismi viventi( virus e batteri); liquidi, distinguibili in nebbie e sospensioni o smog. Effetti inquinanti che producono sollecitazioni sensoriali (odori); inquinanti che producono sollecitazioni fisiologiche (mal di testa, affaticamento); inquinanti che producono sollecitazioni biologiche (irritazioni di occhi e mucose, allergie, effetti mutageni e carcinogeni).

29 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 29 Principali inquinanti CO 2 : prodotta dall organismo; se la concentrazione> 1% mal di testa; limite massimo= 5%; Polveri: la frazione più pericolosa è quella respirabile (PM10, <10 μm) che è trattenuta dagli alveoli polmonari; è prodotta anche da alcuni materiali isolanti; Bioaerosol: di origine biologica (virus a batteri) possono indurre il contagio; Odori: sostanze organiche con peso molecolare < 300; danno luogo a sensazioni olfattive ma non sono pericolose; Ozono: originato da effetti fotochimici; >0.05 secchezza;>1 mal di testa; >1.7 edema polmonare; Radon: si origina dal decadimento radiattivo del radio delle rocce (lunga esposizione può provocare tumori ai polmoni); Formaldeide:rilasciato dalle schiume isolanti; ne è stata rilevata una possibile cancerosità; Fumo da tabacco; Prodotti della combustione: CO; SOx e NOx

30 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 30 Olf e decipol Fanger ha proposto due unità di misura per la valutazione della qualità dell'aria interna e gli effetti della presenza di inquinanti sulle condizioni di benessere delle persone: l'olf e il decipol. L'olf (dal latino olfactus) è una grandezza che esprime la capacità inquinante di una sorgente: è definito come la quantità di bioeffluenti emessa da un soggetto che svolge attività sedentaria in condizioni di benessere termico, con uno standard igienico di 0.7 bagni/giorno. (Ogni altra sorgente inquinante può essere espressa in numero di olf che producono una sensazione equivalente). Il decipol (pol dal latino pollutio) è una grandezza che consente di quantificare la percezione degli inquinanti; è l'inquinamento percepito in presenza di un soggetto normale (1 olf) in un ambiente con ventilazione di 10 l/s di aria pulita. [ 1 decipol= 0.1 olf/(l/sec)]

31 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 31 Sorgenti di inquinamento (olf). Sorgente olf Sorgente olf/m 2 di pavimento Persona seduta (1 met) 1 Fumatore mediamente 6 Persona in movimento (4 met) 5 Uffici 0.3 Persona in movimento (6 met) 11 Scuole 0.3 Fumatore quando fuma 25 Sale conferenze 0.5 Valori in decipol dell inquinamento dell aria percepito in alcune situazioni. Ambiente esterno Decipol Aria esterna, in montagna o al mare 0 Aria esterna, in città con aria poco inquinata 0.1 Aria esterna, in città, con aria molto inquinata 0.2 Ambiente interno Aria interna, in edifici salubri 1 Aria interna, in edifici insalubri 10 Pannelli in gesso 2.1 Sigillanti 3.0 Fumo da tabacco 14.4

32 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 32 Determinazione portata d aria di ventilazione ASHRAE : Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality Prevede due possibili procedure per la valutazione dei requisiti di ventilazione, entrambe basate sull approccio tradizionale della diluizione degli inquinanti tramite aria di ricambio esterna, OPPORTUNAMENTE FILTRATA, che si differenziano per i diversi approcci utilizzati per la determinazione delle portate d aria di rinnovo: 1) procedura Ventilation Rate (approccio prescrittivo, applicabile nell ipotesi di immissione di aria esterna pulita, in edifici lontani da zone densamente popolate o industriali) più utilizzato 2) procedura Indoor Air Quality (approccio prestazionale): è impiegato in particolari applicazioni, come ad esempio ambienti sterili. Il valore della portata di ventilazione calcolato secondo uno dei due metodi influenza i carichi termici degli ambienti e la portata d aria di progetto che gli impianti di condizionamento trattano.

33 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 33 Cenni sull approccio prestazionale La procedura Indoor air quality è fondata sul controllo di specifici inquinanti, per i quali si presuppongono noti i tassi di emissione da parte dell edificio. Ha per obiettivo la determinazione della quantità di aria esterna sufficiente a diluire quella interna fino a raggiungere livelli di concentrazione, per prefissati inquinanti, inferiori ai limiti imposti. Individuazione del livello di qualità dell aria interna desiderata Categoria Qualità percepita dell aria interna. % di insoddisfatti (PPD) Qualità dell aria (decipol) Aria esterna (l/s olf) A, ottima qualità B, buona qualità C, scarsa qualità I valori si riferiscono alla prima impressione dei visitatori di un dato ambiente poiché, in pochi minuti, l organismo si adatta ai bioeffluenti umani.

34 Sindrome da edifici insalubri In numerosi edifici, nonostante la portata di ventilazione sia adeguata a purificare l'aria dagli inquinanti interni, ci sono elevate percentuali di persone che considerano la qualità dell'aria insoddisfacente. Ciò provoca una serie di disturbi quali sonnolenza, mal di testa, irritazione agli occhi e all'apparato respiratorio, ecc. Tale situazione è stata denominata Sick Building Syndrome (S.B.S.) e definita dalla O.M.S. come Building Sickness che si esprime attraverso sintomi di malessere generali e non specifici, accusati da persone situate in determinati edifici, sintomi che recedono poco dopo l'abbandono degli edifici stessi. Una significativa quota parte delle sostanze é introdotta per mezzo degli stessi sistemi di ventilazione: nei canali spesso transitano polveri, microrganismi, insetti, residui organici di vario tipo che, uniti all'umidità dell'aria, si annidano nei filtri dove si sviluppano funghi e batteri. L'aria che attraversa i filtri per poi essere distribuita in ambiente dà luogo a condizioni di malessere, anche se tutti i parametri termoigrometrici e di ventilazione assumono i valori ottimali. a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 34

35 CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 35 Sono dovute a valori locali delle grandezze fondamentali diversi da quelli medi e quindi da quelli predefiniti. Le principali sono: 1. asimmetria radiante; 2. gradiente termico verticale; 3. temperatura del pavimento; 4. correnti d'aria.

36 CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: asimmetria radiante a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 36 Asimmetria radiante: ΔT pr è definita come la differenza tra la temp. radiante planare di due superfici opposte. Per temperatura radiante planare si intende la temperatura radiante proveniente dalla direzione perpendicolare alla superficie di misura; può essere calcolata come somma delle temperature superficiali assolute elevate alla quarta potenza e moltiplicate ciascuna per un fattore angolare che dipende dalla posizione reciproca delle pareti (e può essere determinato analiticamente o mediante appositi normogrammi) T pr 4 n i 1 f p.i T i 4 (K 4 ) Tpr = temperatura radiante planare (K); Ti = temperatura assoluta della superficie i-esima (K); fp.i = fattore angolare tra la superficie di misura e la i-esima superficie.

37 CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: asimmetria radiante a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 37 parete fredda soffitto caldo soffitto freddo parete calda Studi di Fanger: Percentuale degli insoddisfatti in funzione della temperatura asimmetrica radiante Cat. B CATEGORIA (ISO 7730) A - condizioni termoigrometriche stringenti B condizioni termoigrometriche intermedie C - sono accettati valori di PPD più elevati soffitto caldo TEMPERATURA ASIMMETRICA RADIANTE ( C) parete fredda soffitto freddo parete calda < 5 < 10 < 14 < 23 < 5 < 10 < 14 < 23 < 7 < 13 < 18 < 35

38 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 38 CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: gradiente termico verticale Le normative ISO-DIS 7730 e ASHRAE indicano il valore limite di 3 C per la differenza di temperatura dell'aria testa (1.1 m dal suolo) - caviglie (0.1m ), in corrispondenza della quale, secondo Olesen si ha una PPD pari al 5% (Studi in camera climatica) Percentuale degli insoddisfatti in funzione della differenza di temperatura tra testa e caviglie

39 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 39 CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: gradiente termico verticale Effetto degli elementi terminali dell impianto: Andamento della temperatura dell'aria in funzione della distanza dal pavimento per vari tipi di impianti di riscaldamento

40 a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 40 CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: temp. del pavimento La temperatura del pavimento ( influenza gli scambi per conduzione e irraggiamento) Nei locali occupati da persone scalze (ad esempio palestre e spogliatoi) risulta importante il materiale del pavimento e si trovarono i seguenti campi di temperatura ottimali (Olesen): fibre tessili (tappeti, moquettes) C legno di pino C legno di quercia C calcestruzzo C Con scarpe e calze ISO 7730: Tp = C ( cat. A e B); Tp = C ( cat. C)

41 CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: temp. del pavimento a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 41 Influenza della tempo di esposizione Legno Cemento PPD (soggetti scalzi) in funzione della temperatura del pavimento, per differenti tempi di esposizione.

42 CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: correnti d aria a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 42 Le correnti d aria Il flusso d'aria è sempre turbolento; si definisce intensità della turbolenza (TU) il rapporto tra la deviazione standard della velocità ed il suo valore medio. TU v v 100 v = media della velocità dell aria. σ(v)= deviazione standard della velocità, ossia lo scostamento dalla media del valore effettivo di velocità in funzione del tempo e dello spazio; Fanger elaborò un modello matematico in grado di determinare la PPD in funzione dell'intensità della turbolenza, della velocità media dell'aria e della sua temperatura. PPD = (34 - Ta) (v ) 0.62 (0.37vTU+3.14) (%) PPD = percentuale di persone insoddisfatte (%); Ta = temperatura dell'aria ( C); v = velocità media dell'aria (m/s); TU = intensità della turbolenza (%).

43 CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: correnti d aria O DR= Draught risk Percentuale degli insoddisfatti in funzione dell intensità della turbolenza, per diversi valori della velocità media dell aria in corrispondenza del soggetto Combinazioni di temperatura, velocità media dell'aria ed intensità della turbolenza che provocano una PPD del 15% Percentuale Prevista di Insoddisfatti da corrente d aria per diverse categorie di ambienti moderati secondo la ISO DIS 7730 DR= Draught risk Categoria A PPD da DR < 10% Categoria B PPD da DR < 20 % Categoria C PPD da DR < 30 % a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 43

44 RIFERIMENTI NORMATIVI 1. EN ISO 7730: 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; 2. UNI EN ISO 7726:2002 Ergonomia degli ambienti termici. Strumenti per la misurazione del delle grandezze fisiche. 3. UNI EN ISO 9920:2009 Ergonomia degli ambienti termici. Valutazione dell isolamento termico e della resistenza evaporativa dell abbigliamento. 4. ASHRAE : Thermal environmental conditions for human occupancy; 5. UNI-CTI 10339: Impianti aeraulici ai fine del benessere. Generalità, classificazione e requisiti. Regole per la richiesta d offerta, l'offerta, l ordine e il collaudo. Categorie per gli ambienti termici secondo la UNI EN ISO-7730 e limiti per il comfort globale e localizzato Categoria Comfort globale Percentuale Prevista di Insoddisfatti PPD % Voto Medio Previsto PMV Insoddisfatti da corrente d'aria DR % Discomfort localizzato Insoddisfatti da differenza verticale della temperatura Insoddisfatti da temperatura del pavimento DR* % ΔT ( C) % T p ( C) % Insoddisfatti da asimmetria radiante ΔT pr ( C)** A < < 10 < 3 < 2 < < 5 - B < < 20 < 5 < 3 < < 5 - C < < 30 < 10 < 4 < < 10 - * variabile a seconda della velocità media dell aria e dell intensità di turbolenza ** variabile a seconda del tipo di superficie (soffitto caldo, parete fredda, soffitto freddo, parete calda) a.a. 2011/12 - Corso di Impianti Tecnici per l'edilizia - E. Moretti 44