IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO Michele De Carli DFT - Dipartimento di Fisica Tecnica, Università degli Studi di Padova
BENESSERE AMBIENTALE BENESSERE TERMICO AMBIENTALE: atteggiamento mentale di soddisfazione per l ambiente dal punto di vista termico. 1) Non esiste un unica condizione di benessere ambientale necessità di analisi delle interazioni uomo-ambiente 2) A parità di condizioni la sensazione di benessere varia a seconda degli individui i criteri quantitativi di valutazione hanno valore statistico TERMOREGOLAZIONE DEL CORPO UMANO: il meccanismo di termoregolazione del corpo umano (degli animali a sangue caldo in genere) tende a mantenere costante la temperatura interna del corpo. Termoregolazione e benessere termico: la condizione di benessere termico corrisponde al minimo stress del meccanismo di termoregolazione
BILANCIO ENERGETICO SUL CORPO UMANO Variazione en. int. del corpo umano per unità di tempo Potenza metabolica Potenza per conduzione Potenza sensibile di respirazione S = M - W - E VE - C VE - C - R - E SK - C K Potenza meccanica Potenza latente di respirazione Potenza per convezione Potenza latente per evaporazione della pelle Potenza per irraggiamento
peso dei diversi scambi termici scambio radiante scambio convettivo scambio sensibile di respirazione scambio latente di respirazione scambio latente esterno Potenza sensibile: 80% Potenza latente: 20% Potenza dalla pelle: 88% Potenza nei polmoni: 12%
EQUAZIONE DI BILANCIO Parametri indicatori del tipo di attività Parametri caratteristici dell ambiente Parametri di termoregolazione del corpo S = F ( M/A Du, η, I cl, f cl, t a, t mr, p a, v, t s, E t /A du ) = 0 Parametri legati alle caratteristiche del vestiario Temperatura media radiante: temperatura uniforme di una cavità nera che assicuri lo stesso scambio di radiazione tra corpo umano e pareti dell ambiente Un set di valori che soddisfa l equazione è la condizione più probabile di benessere
TEMPERATURA OPERATIVA Risulta utile trattare gli scambi termici per convezione e radiazione mediante un unico parametro chiamato temperatura operativa così definito: C = h c A (t cl - t a ) R = h r A (t cl - t r ) C + R = h r A (t cl - t r ) + h c A (t cl - t a ) = A [h r (t cl - t r ) + h c (t cl - t a )] = A (h r + h c ) (t cl - t o ) t o = (h c t a + h r t r ) / (h r + h c ) se h r = h c allora t o = (t a + t r ) / 2
1 clo = 0.155 m2 K / W
1 met = 50 kcal / (h m2) = 58.2 W / m2
L equazione generalizzata del benessere non esaurisce il problema della valutazione di date condizioni ambientali: è interessante stabilire un criterio quantitativo in merito. Mediante prove sperimentali su campioni di persone è stato effettuato uno studio parametrico per valutare l effetto di differenti combinazioni delle variabili che influenzano il benessere termico. Una successiva elaborazione statistica dei risultati ha permesso di definire due grandezze per la valutazione del benessere: PMV: Predected Mean Vote VMP: Voto Medio Previsto PPD: Percentage People Dissatisfied PPI: Percentuale di persone Insoddisfatte
Scala di sensazione termica: +3: molto caldo +2: caldo +1: leggermente caldo 0: confortevole -1: leggermente freddo -2: freddo -3: molto freddo
Relazione tra voto medio previsto e percentuale di persone insoddisfatte
Diagramma per il comfort (-0,5 < PMV < 0,5)
Ta = 26 C; Tmr = 21 C Ta = 21 C; Tmr = 26 C 23 26 C Ta = 28 C; Tmr = 24 C Ta = 24 C; Tmr = 28 C 19.5 23.5 C Ta = 21 C; Tmr = 18 C Ta = 18 C; Tmr = 21 C Ta = 22 C; Tmr = 24 C Ta = 24 C; Tmr = 22 C
Come misurare il comfort? Temperatura operante Umidità relativa Temperatura e velocità dell aria
Umidità relativa: 40-60%
NORMATIVA DEL SETTORE EN ISO 7730 (30/09/1997) Ambienti termici moderati - Determinazione degli indici PMV e PPD e specifica delle condizioni di benessere termico ANSI/ASHRAE Standard 55 (1992) e Addendum 55a (1995) Thermal environmental conditions for human occupancy UNI 10339-30/06/1995 Impianti aeraulici a fini di benessere. Generalità, classificazione e requisiti. Regole per la richiesta di offerta, l offerta, l ordine, la fornitura.
UNI 8852-31/01/1987 Impianti di climatizzazione invernale per gli edifici adibiti ad attività industriale ed artigianale Regole per l ordinazione, l offerta e il collaudo. UNI EN 12515-30/09/1999 Ambienti caldi - Determinazione analitica ed interpretazione dello stress termico mediante calcolo della sudorazione richiesta. UNI EN 27243-29/02/1996 Ambienti caldi. Valutazione dello stress termico per l'uomo negli ambienti di lavoro, basata sull'indice WBGT (temperatura a bulbo umido e del globotermometro).
DECRETO LEGISLATIVO 626/94 Art. 3 - Misure generali di tutela Le misure generali per la protezione della salute e per la sicurezza sono:. f) rispetto dei principi ergonomici nella concezione dei posti di lavoro, Art. 9 - Compiti del servizio di prevenzione e protezione 1. Il servizio di prevenzione e protezione provvede: a).. all individuazione delle misure per la sicurezza e la salubrità degli ambienti di lavoro, nel rispetto della normativa vigente..
APPENDICE A ISO 7730 Energia metabolica Attività W/m 2 met Persona distesa 46 0,8 Persona seduta, rilassata 58 1,0 Attività sedentaria (ufficio, casa, scuola, laboratorio) 70 1,2 Attività leggera in piedi (compere, laboratorio, industria leggera) 93 1,6 Attività media in piedi (commesso, lavori domestici, lavori a macchina) 116 2,0 Camminare a: 2 km/h 110 1,9 3 km/h 140 2,4 4 km/h 165 2,8 5 km/h 200 3,4
ISO 7730 APPENDICE B: PROGRAMMA PER IL CALCOLO DEL VOTO MEDIO PREVISTO (PMV) (normativa) E DELLA PERCENTUALE PREVISTA DI INSODDISFATTI (PPD) Abbigliamento, clo Energia metabolica, met Lavoro esterno, met Temperatura dell aria, C Temperatura media radiante, C Velocità relativa dell aria, m/s Umidità relativa, % Pressione parziale del vapor d acqua, Pa
ISO 7730 ALTRI ASPETTI RELATIVI AL COMFORT RISCHIO DA CORRENTE D'ARIA La corrente d'aria è un indesiderato raffreddamento locale del corpo dovuto al movimento dell'aria, espresso come la percentuale di persone che si prevede saranno infastidite dalla corrente d'aria. DR (dall inglese "Draught Rating"). Il modello si applica a persone che svolgono attività leggere principalmente sedentarie con una sensazione termica globale prossima alla neutralità. Il rischio da corrente d'aria è minore per attività più elevate di quelle sedentarie e per persone che avvertono una sensazione di caldo piuttosto che di neutralità.
GRADIENTE VERTICALE TESTA-PIEDI
TEMPERATURA PIANA RADIANTE Temperatura di una ideale cavità isoterma in cui il flusso radiante incidente su di una faccia di un elemento piano è uguale a quello presente nell ambiente reale. La temperatura piana radiante può essere calcolata come: t pr = Σ F p-i t i [ C] F p-i fattore di vista tra l elemento piano e la parete i-esima t i temperatura della superficie i-esima [ C] ASIMMETRIA DELLA TEMPERATURA PIANA RADIANTE Differenza tra la temperatura piana radiante di due facce opposte di un elemento piano.
Asimmetria radiante verticale Asimmetria radiante orizzontale
MISURA DI TEMPERATURA PIANA RADIANTE
Percentuale di persone insoddisfatte a causa della asimmetria della temperatura piana radiante
Asimmetria radiante per elementi radianti ad alta temperatura Comfort limits during infrared radiant heating of industrial space G. Langkilde, L. Gunnarsen, N. Mortensen Università di Lingby
TEMPERATURE SUPERFICALI Temperatura minima; problemi di condensa. Temperature massime e minime raccomandate Surface temperature [ C] Maximumsurface temperature Minimumsurface temperature Floor Peripheral 35 19 Floor Occupied zone 29 19 Wall 40 H2 Ceiling H3 H3
Wall heating: Maximum in the range 35 50 C. The maximum may depend on the application of the wall heating system. If it is used in areas where the occupants may easily get contact with the surface or not. If it is used in buildings for more sensitive persons like children or elderly. The risk for burns and pain is a skin temperature of 42-45 C. The losses to the backside must be considered and its influence on neighbour room. Wall cooling Warming regarding dew point. Design consideration for down draught of cold air
Ceiling heating Requirements to surface temperature based on radiant asymmetry and comfort It is normally recommended that the radiant asymmetry should be lower than 5 K (ISO7730). The radiant asymmetry depends on the angle factor from a small plane element to the ceiling and the ceiling temperature
ULTERIORI CONSIDERAZIONI SUL COMFORT: COMFORT ADATTATIVO 32 50 F 59 F 68 F 77 F 86 F 95 F 30 28 26 24 22 20 90% acceptability limits 86.0 82.4 78.8 75.2 71.6 68.0 18 80% acceptability limits 64.4 16 60.8 14 5 10 15 20 25 30 35 mean monthly outdoor air temperature ( o C) indoor operative temperature ( o C ) STOCKOLM AMSTERDAM FRANKFURT TORINO TOKYO PERTH PALERMO SINGAPORE BANGKOK NEW DELHI
Definition of comfort conditions according to DIN 1946 Allowed temperatures Optimal range Allowed temperatures
L INDICE WBGT Wet Bulb Globe temperature: È uno degli indici empirici correlati allo stress termico al quale un individuo è sottoposto. Deriva dalla misura di: - Temperatura a bulbo umido a ventilazione naturale - Temperatura media radiante - Temperatura dell aria All interno di edifici ed all esterno in assenza di radiazione: WBGT = 0.7 t nw + 0.3 t g All esterno in presenza di radiazione: WBGT = 0.7 t nw + 0.2 t g + 0.1 t a
La valutazione deve essere fatta effettuando tre misure: - testa - piedi - addome Se l operatore e in pedi: 0.1 m 1.1 m 1.7 m di altezza Se l operatore e seduto: 0.1 m 0.6 m 1.1 m di altezza WBGT = WBGT testa + 2 x WBGT addome + WBGT caviglie 4
classe di tasso tasso metabolico tasso metabolico metabolico [W/mq] [W] per 1,8 mq 0 < 65 < 117 1 65-130 117-234 2 130-200 234-360 persona acclimatata al calore persona non acclimatata al calore 28 26 aria stagnante aria non stagnante aria stagnante aria non stagnante 3 200-260 360-468 25 26 22 23 4 > 260 >468 23 25 18 20 33 30 32 29