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Condizioni di benessere negli ambienti confinati I principali parametri che determinano le condizioni di benessere delle persone che soggiornano in un ambiente confinato sono: la temperatura, l’umidità relativa, la velocità relativa dell’aria, le temperature delle superfici e degli elementi radianti, l’abbigliamento, il livello d’attività fisica, lo stato generale di salute, la diluizione degli odori, il livello di pressione sonora e l’illuminazione.Benessere termico ottenuto con un impianto di climatizzazione

Un impianto di climatizzazione è una realizzazione che consente, per ogni periodo dell’anno, il mantenimento delle condizioni termiche, igrometriche, di qualità e movimento dell’aria comprese entro i limiti richiesti per il benessere degli occupanti.Sotto sono riportati gli schemi semplificati d’impianti di condizionamento dell’aria senza ricircolo e con ricircolo.

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Aria esterna di ventilazione

Per la diluizione degli odori é necessaria una portata d’aria esterna, o di rinnovo, funzione dell’attività svolta (vedi UNI 10339) e può variare fra 15 e 60 m3/h/persona. Si è riscontrato che per una portata d’aria esterna di 9 m3/h/persona circa il 40% delle persone che entrano nell’ambiente considerano l’odore inaccettabile. La portata minima per ottenere una accettabilità dell’80% è di 27 m3/h/persona. Con tale portata si ha una riduzione del livello di CO2 a 1000ppm in accordo con le raccomandazioni attuali dell’OMS. Inoltre si è riscontrato che tale valore rende accettabile per il 70% degli occupanti il locale anche per minime quantità di fumo (1,6 sigarette/persona/per ora). Per locali particolari quali le sale operatorie non è consentito il ricircolo di una parte dell’aria immessa nell’ambiente e tutta l’aria deve essere prelevata dall’esterno con numero di ricambi orari del volume dell’ambiente >= 15.

Presa aria esterna di ventilazione

 I principali accorgimenti da seguire per il corretto posizionamento della presa di aria esterna sono:Tetto dell’edificio lontano dal bordo d’attacco. Se si è costretti ad usare una parete l’altezza della presa d’aria dovrà essere superiore a 4m. Ovviamente devono, se possibile, evitare strade molto frequentate o sorgenti inquinanti. Inoltre deve evitarsi la vicinanza con la zona d’espulsione dell’aria

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Come valutare il benessere degli occupantiLa sensazione di benessere è la risultante di fattori personali, di fattori caratteristici del locale e delle condizioni determinate dall’impianto di climatizzazione.La condizione di benessere termico può essere definita come la condizione mentale che esprime soddisfazione nei confronti dell’ambiente in cui opera.Per determinare l’influenza dei fattori ambientali sul benessere dell’individuo è quindi necessario studiare i rapporti che intercorrono fra l’uomo e l’ambiente. L’organismo umano attraverso i fenomeni del metabolismo produce energia termica che disperde verso l’ambiente sotto forma convettiva, radiante e per evaporazione. In condizioni di riposo la temperatura del corpo può variare di qualche grado e quindi per mantenere tale stato è necessario che l’energia prodotta, attraverso i processi metabolici, eguagli quella dispersa.Quanto detto può esprimersi attraverso il seguente bilancio energetico:

 EP=+/- (A+I+C)+EDove:EP è l’energia termica prodotta dall’organismo.A è l’energia accumulata dal corpo.I è l’energia scambiata per irraggiamento.C è l’energia scambiata per convezione.E è l’energia scambiata per evaporazione.Per una persona in quiete in un ambiente con una temperatura di 26°C ed un’umidità relativa del 50% il valore di EP è mediamente di 150 W dei quali 50W latente.

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I primi studi sperimentali sono stati condotti negli Stati Uniti d’America su gruppi d’individui, opportunamente selezionati e indossanti abiti leggeri, facendoli passare da un locale con determinate condizioni di temperatura, d’umidità relativa, velocità dell’aria e temperatura delle pareti uguale a quella dell’aria, in un secondo locale con aria in condizioni di saturazione e velocità molto bassa (0,07 – 0,13 m/s) e temperatura delle pareti uguali a quelle dell’aria.

Tali condizioni sono state considerate equivalenti quando il gruppo passando dal primo al secondo locale provava la stessa sensazione di caldo o di freddo. Si è stabilito di definire Temperatura Effettiva quella del locale contenente aria satura.

Quindi le condizioni di temperatura, umidità relativa e velocità dell’aria, che producono negli individui del gruppo la stessa sensazione, sono caratterizzati da un unico valore della Temperatura Effettiva.

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La Temperatura Effettiva è un indice della sensazione di caldo o di freddo ma non specifica il grado di benessere di un individuo per le coppie temperatura umidità relativa di una data T.E.Studi successivi svolti con le medesime modalità sopraindicate hanno evidenziato che per data velocità dell’aria ogni individuo ha il suo ottimo in più coppie di temperatura ed umidità relativa.E’ stato possibile costruire il diagramma di benessere (per velocità dell’aria comprese fra 0,07 e 0,13 m/s), che ha in ascisse la temperatura al bulbo secco ed in ordinate la temperatura al bulbo umido. Sono tracciate le linee a Temperatura Effettiva costante e per ogni linea la percentuale d’individui che giudicano quelle condizioni come ottime, sia per le condizioni estive che invernali.E’ da porre in evidenza che non si è tenuto conto dell’influenza delle temperature delle pareti e che il gruppo si muove da un ambiente all’altro in tempi brevi. Successivamente si è sperimentato sempre con le stesse modalità ma variando la permanenza in modo che l’individuo raggiunga una condizione di equilibrio con l’ambiente (circa tre ore). I risultati ottenuti hanno consentito il tracciamento di quattro linee che individuano quattro sensazioni: leggermente fresco, confortevole, leggermente caldo e caldo.Tali linee mostrano anche che per valori d’umidità superiori al 90% o inferiori al 25% non si può parlare di condizioni di benessere ma di malessere.

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Studi attuali condotti da Fanger ed altri consentono di prevedere il livello di benessere o d’insoddisfazione delle persone tenendo conto dei parametri sopra indicati, del tasso metabolico degli individui, della resistenza termica dei vestiti, della temperatura

media radiante e della velocità media relativa dell’aria.

Una metodologia che si suggerisce di seguire può essere quella di ricorrere agli indici PMV e PPD della ISO 7730 richiamata dalla Norma UNI 10339.

Lo scopo della ISO è quello di descrivere un metodo il PMV Voto Medio Previsto (Predicted Mean Vote) per predire i voti di un vasto gruppo di persone sui seguenti sette punti di una scala di sensazioni termiche, sotto specificate:

Sensazione psicofisica Voto

Molto caldo (hot) +3

Caldo (worm) +2

Leggermente caldo (slightly worm)

+1

Neutrale (neutral) 0

Leggermente freddo (slightly cool)

- 1

Freddo (cool) - 2

Molto freddo (cold) - 3

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La norma ISO 7730 raccomanda che il valore del PMV sia compreso fra -0,5 e 0,5.Bisogna tenere presente che tale indice è stato derivato per condizioni stazionarie o quasi, e può essere usato per valori compresi nell’intervallo –2, +2 e che i seguenti parametri stiano entro i seguenti intervalli:

M ( tasso metabolico di superficie corporea) fra 46 e 232 W/m2

Icl (la resistenza termica dei vestiti) fra 0 e 0,310 m2 x °C/W

ta (temperatura dell’aria interna)fra 10 e 30°C.

tr ( temperatura media radiante) fra 10 e 40°C

v (velocità relativa dell’aria) fra 0 e 1m/sφ (umidità relativa) fra 30 e 70%.  Un altro parametro il PPD Percentuale Prevista di Insoddisfatti

(Predicted Percentage of Dissatisfaid) stabilisce una predizione quantitativa del numero delle persone insoddisfatte. Determinato il valore del PMV il PPD può essere trovato o dalla figura sotto inserita o determinata usando la relazione:

Nella tavola seguente è rappresentata la distribuzione dei voti su un’indagine sperimentale eseguita su 1300 soggetti per differenti valori del voto medio previsto (PMV)

24 2719,003353,095100 PMVPMVePPD

PMV PPD Predizione percentuale del voto ( da +3 a -3)

0 (neutrale) -1 oppure +1 -2,-1,0 o+1,+2

-2 75 5 25 70-1 25 27 75 95 0 5 55 95 100+1 25 27 75 95+2 75 5 25 70

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 Nella figura seguente è rappresentata in funzione del PMV (in ascisse) (voto medio previsto) la percentuale degli insoddisfatti (PPD) in ordinate.

E’ stata proposta una relazione fra PPD e PMV;PPD=5+20,97 (PMV)1,79

Un livello raccomandabile per il PPD è <=10%.La norma UNI10339 prevede un più ampio intervallo d’accettabilità per il PPD portandolo a <=20% al quale corrisponde un PMV<=0,8.Il PMV è funzione di un certo numero di parametri, che sono:M è il tasso metabolico in W/m2 di superficie corporea;W è il lavoro esterno in W/m2 che per molte attività può porsi uguale a zero;Icl è la resistenza termica dei vestiti

ta temperatura dell’aria interna in °C

tr temperatura media radiante in °C

v velocità media relativa dell’aria in m/s

pa pressione parziale del vapore nel miscuglio aria secca vapore

d’acqua espressa in Pascale si può quindi scrivere la dipendenza del PMV dai detti parametri con la relazione funzionale PMV =f(M,W, Icl, ta, tr, v, pa )

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Un altro parametro da valutare è il rischio di correnti d’aria DR (Draught Risck).Il DR è il raffreddamento del corpo causato dal movimento dell’aria. Tale rischio influenza maggiormente le attività sedentarie. Tale modello è basato su analisi effettuate su 150 soggetti esposti a temperature dell’aria comprese fra 20 e 26°C, velocità medie v fra 0,05 e 0,4 m/s ed intensità della turbolenza nell’intervallo 0-70%.Tale parametro può essere calcolato usando la seguente relazione:DR=(34-te)(v-0,05)0,62 (0,37 vTu+3,14)

dove Tu è intensità di turbolenza locale(%), definita come il

rapporto fra la deviazione standard della velocità dell’aria nell’ambiente e la sua velocità media (/v)(Si ricorda che la deviazione standard di una variabile casuale X, il cui valore medio è , è la media di tutti gli (Xi-) 2 e quindi.

=[[(X1-)2+(X2-)2+……..+(Xn-)2 ]n]0,5)

  Esame dei parametri che influenzano il PMV M tasso metabolico è la potenza termica generata da un m2 di superficie corporea e quindi è funzione del tipo d’attività svolta ed è espressa in W/m2, oppure introducendo l’unità di misura met, che corrisponde al tasso metabolico di una persona seduta e rilassata.1 met =58,15 W/m2. Per determinare la superficie corporea si può usare la relazione:A=0,202 m0,425 H 0,725 dove m è il peso dell’individuo e H è la sua altezza.

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 W lavoro esterno prodotto dalle persone: si può trascurare. Icl (resistenza termica dell’abbigliamento) in [m2 K/W] o in clo

dove K è la resistenza termica dell’abbigliamento. 1 clo corrisponde ad una resistenza termica di 0,16 [m2 K/W] e corrisponde alla resistenza termica di un tipico abbigliamento invernale in un interno.Nella tabella che segue sono riportati alcuni valori:

Nella tabella seguente sono riportati i valori di M e del met per varie attività:

Tipo d’abbigliamento Icl (m2 K/W) Clo

Nudo 0 0

Pantaloncini 0,015 0,1

Abbigliamento tropicale 0,045 0,3

Abbigliamento leggero estivo 0,08 0.5

Abbigliamento leggero da lavoro 0,11 0,7

Abbigliamento invernale per ambienti chiusi 0,16 1,0

Abbigliamento pesante da ufficio all’europea (biancheria intima lunga, camicia con manica lunga, abito completo di lana, panciotto, scarpe e calze di lana)

0,23 1,5

Attività M(W/m2) Met

Disteso 46 0,8

Seduto, rilassato 58 1,0

In piedi, rilassato 70 1,3

Attività sedentaria (ufficio,casa,scuola) 70 1,3

Attività in piedi leggera (compere, laboratorio, industria leggera)

93 1,6

Attività in piede (commesso, lavoro domestico, lavoro ad una macchina)

116 2,0

Attività moderata (lavoro pesante su unamacchina, lavoro in un garage)

165 2,8

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ta temperatura dell’aria interna in°C, misurata lontana dalle

superfici e ad una altezza di 1,6 mt r temperatura media radiante, è funzione delle temperature e

dei fattori di forma delle p superfici che contornano il locale. t r = i ti F p-i

 dove ti è la temperatura della iesima superficie isoterma che

vede il soggetto e F p-i è il fattore di vista fra il soggetto e la

pesima superficie.

Per la determinazione dei fattori di vista si possono utilizzare i diagrammi predisposti da Fanger, ripresi dalla norma ASHRAE 55/81, che riportano i fattori di vista tra una persona seduta o eretta e rettangoli comunque disposti attorno ad essa.Un parametro del quale tenere conto per valutare le condizioni di benessere di un ambiente è la temperatura operativa t o

definita dalla relazione:t o=(hr t r + hc ta)/(hr+hc)

 dove hr ed hc sono i coefficienti di scambio radiativi e convettivi

di difficile determinazione in quanto funzioni di molti parametri tra cui la temperatura media della superficie esterna del corpo umano vestito che non è nota se non risolvendo l’equazione del bilancio termico del corpo umano.La temperatura operativa è la temperatura uniforme che si avrebbe all’interno di una cavità radiante in cui un occupante scambierebbe la stessa quantità d’energia termica, sia radiante che convettiva, scambiata nell’effettiva condizione d’ambiente non uniforme.Nella maggior parte delle situazioni, quando la velocità relativa è piccola (<0,2 m/s) o quando la differenza fra la temperatura media radiante e la temperatura media dell’aria è piccola (<4°C), la temperatura operativa può calcolarsi come la media fra la temperatura media dell’aria e la temperatura media radiante.

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Per ottenere una maggiore precisione si può usare la relazioneto = A ta+(1-A)tr

dove il valore di A può trovato in funzione della velocità relativa dell’aria v

V(m/s) <0,2 0,20,6 0,61,0

A 0,5 0,6 0,7

Valori consigliati d’ alcuni parametri per il confort :Attività moderata durante il periodo di riscaldamentotemperatura operativa compresa fra 20°C e 24°C.differenza di temperatura verticale fra 0,1 e 1,1 m sopra il pavimento < 3°C.temperatura superficiale delle pareti fra 19°C e 26°C, con la eccezione per i pavimenti riscaldati (29°C).l’asimmetria della temperatura radiante delle finestre o di altre pareti fredde dovrà essere contenuta in 10°C.l’asimmetria della temperatura radiante da un soffitto riscaldato dovrà essere <5°C (in relazione ad un piano orizzontale di 60 cm sopra il pavimento).umidità relativa compresa fra 30% e 70%. Attività moderata durante il periodo estivotemperatura operativa compresa fra i 23 e i 26°C.differenza di temperatura verticale fra 0,1 e 1,1 m sopra il pavimento < 3°C.velocità media minore di quanto specificato nella figura 2, che da la velocità media consentita in funzione della temperatura dell’aria e della intensità della turbolenza.umidità relativa compresa fra 30% e 70%.

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Si raccomanda che il PPD sia <del 10%, che corrisponde (vedi fig.1) ad un intervallo di accettabilità per il PMV fra –05 e +0,5.

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Relazione per la determinazione del PMVPer la determinazione del PMV si può usare l’equazione:

PMV= [0,303 e –0,036 M+0,028] x E dove:E=(M-W)-3,05 10-3 [5733 – 6,99(M-W) - ps ] – 0,42 [(M-W) – 58,15] – 1,7 10-5 M (5867 – ps) – 0,0014 M (34-ts)-3,96 10-8 fcl [(tcl+273)4 – (tr+273)4] - fcl hc (tcl-ts)per:tcl = 35,7 –0,028 (M-W)-Icl 3,96 10 –8 fcl [(fcl+273)4 –( tr +273)4] + fcl hc (tcl-ts)hc =2,38 (tcl-ts)0,25 se >= di 12,1 v0,5hc =2,38 (tcl-ts)0,25 se < di 12,1 v0,5fcl = 1,00 + 1,29 Icl se Icl< 0,078fcl = 1,00 + 1,29 Icl se Icl >= 0,078con il significato dei simboli già definito.