1.Benessere termoigrometrico.ppt [modalità compatibilità] · •M. Felli:Lezioni di Fisica...

C di L M i t l i I i Ci ilCorso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile

Impianti tecnici per l’edilizia(5 CFU)

a. a. 2009/10

Elisa Moretti

Università degli Studi di PerugiaDipartimento di Ingegneria Industriale, sezione di Fisica Tecnica

E-mail: [email protected] site: http://www.crbnet.it/FisicaTecnica/

Programma del Corso (40 ore)

1. Benessere termoigrometrico e impianti di climatizzazione e 2. Acustica 3. Illuminotecnica

Benessere Benessere termoigrometricotermoigrometrico e impianti di climatizzazione e e impianti di climatizzazione e

pcondizionamento

e esse ee esse e te o g o et cote o g o et co e p a t d c at a o e ee p a t d c at a o e econdizionamentocondizionamento

1. Benessere termoigrometrico e qualità dell’ariaBenessere termoigrometrico e indici del benessere; influenza dei principali parametri ambientali sulbenessere (temperatura, umidità relativa, velocità dell’aria, ecc.). Cause di discomfort locale (asimmetriaradiante, correnti d’aria, gradiente termico verticale, ecc.). Diagrammi del benessere. Qualità dell’aria eventilazione degli edifici: metodi semplificati di valutazione e dimensionamento dei sistemi diventilazione degli edifici: metodi semplificati di valutazione e dimensionamento dei sistemi diventilazione. Principi e tipologie dei sistemi di filtrazione. Strumentazioni di misura (in laboratorio).

2. Carichi termiciC di i i i t d t di tt l l d i i hi t i i ti i d i li i hi t i iCondizioni interne ed esterne di progetto e calcolo dei carichi termici estivi ed invernali: carichi termiciesterni (trasmissione attraverso l’involucro edilizio, infiltrazione, ventilazione) ed interni (persone,macchinari, illuminazione).

3 Impianti di climatizzazione3. Impianti di climatizzazioneClassificazione degli impianti di climatizzazione. Criteri di progettazione degli impianti di riscaldamento econdizionamento convenzionali. Fabbisogno energetico degli edifici ed impianti: normativa e verifiche aisensi della Legislazione vigente Descrizione e dimensionamento dei principali elementi costituenti gli

2Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti

sensi della Legislazione vigente. Descrizione e dimensionamento dei principali elementi costituenti gliimpianti (terminali di immissione dell’aria in ambiente, canalizzazioni, unità di trattamento aria,ventilconvettori, circuiti idraulici, macchine termiche e frigorifere).

Programma del Corso

1. Benessere termoigrometrico e impianti di climatizzazione e 2. Acustica 3. Illuminotecnicap

condizionamento

AcusticaAcustica1. Acustica architettonica

Progettazione acustica e trattamenti acustici delle sale; indici di qualità acustica delle sale.

2 Acustica ambientale2. Acustica ambientaleIl rumore: effetti del rumore sull’uomo, indici di valutazione del rumore. Propagazione del suono negliambienti aperti e valutazione dell’attenuazione (divergenza sferica, condizioni climatiche, effetto suolo,presenza di barriere e ostacoli). Barriere acustiche: caratteristiche principali e dimensionamento.p ) p pRiferimenti normativi. Cenni su piani di risanamento e zonizzazioni acustiche.

3. Acustica edilizia3. Acustica ediliziaTrasmissione del suono attraverso le strutture, cenni sui requisiti acustici passivi degli edifici.

4 St t i i di i (i l b t i )


4. Strumentazioni di misura (in laboratorio).

Programma del Corso

1. Benessere termoigrometrico e impianti di climatizzazione e 2. Acustica 3. Illuminotecnica

IlluminotecnicaIlluminotecnica

condizionamento

IlluminotecnicaIlluminotecnica1. Cenni sugli apparecchi e le sorgenti luminose

2 M t di lifi ti di tt i ill i t i (fl t t l t t )2. Metodi semplificati di progettazione illuminotecnica (flusso totale, punto-punto);

3. Progettazione illuminotecnica di ambienti confinati nei seguenti casi di studio:• Residenze;Residenze;• Scuole;• Ambienti commerciali;• Ospedali e ambienti medici;• Gallerie d’arte e musei;

4. Progettazione illuminotecnica di ambienti aperti:• Strade;• Gallerie stradali;Gallerie stradali;• Architetture e monumenti.

5. Inquinamento luminoso: Cenni sulle recenti Leggi e regolamenti regionali6 Strumentazioni di laboratorio (verifiche illuminotecniche e proprietà ottiche dei


6. Strumentazioni di laboratorio (verifiche illuminotecniche e proprietà ottiche deimateriali)

Testi consigliati

• C. Buratti: Impianti di Climatizzazione e Condizionamento, Morlacchi Editore, 2007.

• M. Felli: Lezioni di Fisica Tecnica e Ambientale: Trasmissione del Calore,Acustica, Tecnica dell’Illuminazione, Nuova edizione a cura di Cinzia Buratti,Morlacchi Editore, 2004.

TESTI INTEGRATIVI• G. Moncada Lo Giudice – S. Santoboni, Acustica, ESA Masson, 1995.


1 Impianti di Climatizzazione e1. Impianti di Climatizzazione e Condizionamento

BENESSERE TERMOIGROMETRICO


Il benessere negli ambienti confinati

• “Il benessere è quella condizione mentale che esprime soddisfazione nel confrontidell’ambiente termico” ASRHAE ( America Society of Heating Refrigerating and AirConditioning Engineers)

• La neutralità termica è una condizione necessaria ma non sufficiente;• La neutralità termica è una condizione necessaria ma non sufficiente;

• Il benessere è legato oltre alla temperatura ad altri parametri:g p p

– Umidità relativa dell’aria;V l ità d ll’ i– Velocità dell’aria;

– Purezza dell’aria;– Temperatura delle superfici radianti;p p ;– Vestiario e attività svolta dagli occupanti.

Il b è di i tti l t ll t t i l i d ll’i di id• Il benessere è una condizione soggettiva legato alla stato psicologico dell’individuo

• La progettazione degli impianti e delle strutture è finalizzata al benessere degli


• La progettazione degli impianti e delle strutture è finalizzata al benessere deglioccupanti, ovvero a rendere minimo il numero degli insoddisfatti.

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) g p ( )

EWRKCLSM −±±±±±±=Bilancio energetico del corpo umano

M = potenza termica prodotta dal metabolismo (W/m2);S = potenza termica accumulata o ceduta dal corpo (W/m2);L = lavoro meccanico scambiato dal corpo con l'esterno (W/m2);L = lavoro meccanico scambiato dal corpo con l esterno (W/m2);C = potenza termica scambiata per convezione (W/m2);K = potenza termica scambiata per conduzione (W/m2);R = potenza termica scambiata per irraggiamento (W/m2);R potenza termica scambiata per irraggiamento (W/m );W = potenza termica scambiata attraverso la respirazione (W/m2);E = potenza termica scambiata per evaporazione e traspirazione (W/m2).

Relazione di Du Bois 0 7250 425h0 202mARelazione di Du Bois 0.7250.425

skh0.202mA =

Ask= superficie della pelle (m2);m = massa del soggetto (kg);


m massa del soggetto (kg);h = statura del soggetto (m).


Il valore ottenuto con la relazione di Du Bois deve essere moltiplicato per un fattore fcl definito come il rapporto tra la superficie di corpo coperta dagli abiti e la superficie nuda per tener conto della reale superficie di scambio termico di unsuperficie nuda, per tener conto della reale superficie di scambio termico di un

soggetto vestito.

Valori tipici di fcl: è un fattore di correzione che tiene conto della reale superficie di scambio termico di un soggetto vestito

Abbigliamento fcl

P t l i d ti i i i h t 1 15Pantaloni 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


uta a a c e u g e, ag etta 3

BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO1 met = 58 15 W/mq (soggetto seduto a riposo)

Valori del metabolismo per diverse attività Attività soggetto met Attività soggetto met

1 met = 58.15 W/mq (soggetto seduto a riposo)

Attività soggetto met Attività soggetto metcoricato 0.7 fornaio 1.5 - 2.0

seduto 1.0 operaio edile 4.0 - 6.0

in piedi 1.2 operaio meccanico 3.5 - 4.5in piedi 1.2 operaio meccanico 3.5 4.5

camminare lentamente 2.0 operaio elettrico 2.0 - 2.5

camminare velocemente 2.6 commesso di negozio 2.0 - 2.5

guidare un’automobile 1.5 orologiaio 1.0 - 1.2

AttivitàOssigeno

consumato (l/min)

l < 0 5guidare un automobile 1.5 orologiaio 1.0 1.2

guidare una moto 2.0 tennis 3.6 - 4.0

guidare un camion 3.2 squash 5.0 - 7.0guidare un aereo 2.0 Pallacanestro 5.0 - 7.6

leggera < 0.5media 0.5 -1pesante 1 -1.5molto pesante 1 5 2guidare un aereo 2.0 Pallacanestro 5.0 7.6

pulire casa 2.5 Ballo 2.4 - 4.4

cucinare 1.8 golf 1.5 - 2.5

fare shopping 1.6 pesca 1.2 - 2.0

molto pesante 1.5- 2estremamentepesante > 2

Metabolismo M (equazione proposta da Nishi)M = 351 (0 23 RQ + 0 77) VO /Ask (W/m2)

fare shopping 1.6 pesca 1.2 2.0

M = 351 (0.23 RQ + 0.77) VO2/Ask (W/m2)RQ = quoziente di respirazione, pari al rapporto tra il volume di CO2 prodotta e il

volume di O2 immesso;


2 ;VO2 = volume di O2 consumato (l/min) a T = 0°C e P = 1 atm.


Potenza termica ceduta o accumulata S

1. Condizione di omotermia ( regime stazionario)

M = ± L ± C ± K ± R ± W – E (W/m2) (S = 0)

2. Il calore immagazzinato è pari all’incremento di energia internaS= Ssk (pelle)+Scr ( muscoli e organi interni)

⋅=d

dTAmcα

S skbp,sk

sk⋅

−=

ddT

A)mcα(1

S crbp,sk

crτdAsk

sk τdAks

cr

αsk = frazione della massa del corpo concentrata nel compartimento pelle;αsk = frazione della massa del corpo concentrata nel compartimento pelle;m = massa del corpo (kg);cp,b = calore specifico del corpo (kJ/kg°C);A k fi i di D B i ( 2)Ask = superficie di Du Bois (m2);Tcr = temperatura del compartimento interno (°C);Tsk = temperatura del compartimento pelle (°C);


τ = tempo (s).

BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANOLavoro meccanico L ( valori modesti, trascurato perché dello stesso ordine di grandezzaLavoro 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

Potenza termica scambiata per convezione C= hcc(Tsk-Ta)

Sollevare pesi 9 Pedalare in bicicletta 25

hcc = hc(P/P0)0.55 (W/m2 K)

Equazioni per il calcolo del coefficiente di convezione q pEquazione Campo di validità Autori

hc = 8.3v0.6

hc = 3.120.2 < v < 4.00.0 < v < 0.2 Mitchell

hc = 2.7 + 8.7v0.87

hc = 5.10.15 < v < 1.50.0 < v < 0.15 Colin - Houdas

hc = 8.6v0.53 0.5 < v < 2.0v = velocità del soggetto Nishi - Gagge

hc = 5.7(M-0.8)0.39 1.1 < M < 3.0 Gagge et Al.

hc= 6.5v0.39 0.5 < v < 2.0v = velocità del soggetto Nishi - Gagge

h = 14 8v0 69 0 15 < v < 1 5


hc = 14.8v0.69

hc = 4.00.15 < v < 1.50.0 < v < 0.15 Seppenam et Al.

hc in W/m2K; v in m/s; M in met.

BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANOPotenza termica scambiata per conduzionePotenza termica scambiata per conduzione

Abbigliamento Icl (clo)

Pantaloni aderenti, camicia a maniche corte 0.57

Pantaloni aderenti camicia a maniche lunghe 0 61

1 clo = 0.155 m2°C/W(individuo vestito con slip, camicia, pantaloni, giacca, calzini, scarpe)

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 1.30Pantaloni 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

Potenza termica scambiata per irraggiamento R

g , g , g ,

Tuta a maniche lunghe, maglietta 0.72

h = 4εσ(A/A k)[0 5(T l+ T )]3 (W/m2 K)ε = emissività media della superficie del corpo e delvestiario (-);

8 2 4hr 4εσ(A/Ask)[0.5(Tcl+ Tr)] (W/m K) σ = costante di Stefan-Boltzmann (5.679x10-8 W/m2K4); A = effettiva superficie corporea che partecipa agli scambi

radiativi (es. A/Ask= 0.696 per una persona seduta,A/A = 0 725 per una persona in piedi [5]);A/Ask= 0.725 per una persona in piedi [5]);

Tcl = temperatura della superficie del vestiario (K); Tr = temperatura media radiante dell’ambiente (K).

h = 4 71 ε (W/m2 K)oppure


hr = 4.71 ε (W/m K)


Potenza termica scambiata per respirazione W

• Ad ogni atto respiratorio,entra nel corpo aria nelle condizioni di temperaturaed umidità relativa dell'ambiente ed esce aria ad una temperatura di circap34°C ed in condizioni sature;

• per temperatura dell'aria pari a 20°C, la potenza termica ceduta, a secondadel livello di attività, varia tra 2 e 5 W/m2 e può essere trascurata

Potenza termica scambiata per evaporazione E

del livello di attività, varia tra 2 e 5 W/m2 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;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 .


p p

INDICI DEL BENESSERE (classificazione ASHRAE)

Di i D i ti E i i i

Gli indici diretti sono ottenibili mediante operazioni di misura:

Diretti Derivati razionalmente

Empirici

p• temperatura dell'aria (Ta)• umidità relativa (φ);• velocità dell'aria (v);( )• temperatura di bulbo umido (Tb);• temperatura del punto di rugiada (Tdp);• temperatura a bulbo secco naturalmente ventilato (Tdb).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'ambientereale, a temperatura non uniforme.

• temperatura operativa (To): la temperatura uniforme di un ambiente fittizio nel quale iltt bi i i i t l t tità di l h bisoggetto scambia per convezione e irraggiamento la stessa quantità di calore che scambia

nell'ambiente reale;• temperatura operativa umida (Toh):è la temperatura uniforme di un ambiente con φ=100%,

nel quale un soggetto scambia globalmente una quantità di calore pari a quella reale;nel quale un soggetto scambia globalmente una quantità di calore pari a quella reale;• indice di stress termico (HSI)= E/EMAX*100 è il rapporto percentuale tra la potenza termica

totale perduta per evaporazione, necessaria per raggiungere l'equilibrio termico ed il valoremassimo nelle condizioni termoigrometriche dell'ambiente considerato HSI>100 si ha un


massimo nelle condizioni termoigrometriche dell ambiente considerato. HSI>100 si ha unriscaldamento del corpo; HSI<0 si ha un raffreddamento; nelle situazioni intermedie diversecondizioni di sforzo termico.

INDICI DEL BENESSERE

Gli indici empirici stabiliscono una correlazione tra parametri ambientali esensazioni; tra questi ricordiamo:

• temperatura effettiva (ET): combina gli effetti di temperatura a bulbo secco, abulbo umido ed umidità, in modo tale che ambienti anche con valori diversi di dettiparametri producano una sensazione termica equivalente;parametri producano una sensazione termica equivalente;•essa è definita come la temperatura di bulbo secco di un ambiente mantenuto incondizioni uniformi ed avente umidità relativa pari al 50%, nel quale le persone

bi l b l t l t tità di l d ll' bi t d iditàscambiano globalmente la stessa quantità di calore dell'ambiente ad umiditàvariabile utilizzato durante le prove; Condizioni:M = 1 met; la velocità aria è 0.2 m/sed il tempo di esposizione è di un'ora;

Temperatura effettiva corretta (ET*): La temperatura effettiva corretta è definitain termini di temperatura operativa e per la sua stessa origine coinvolge lap p p g gTemperatura media radiante, temperatura dell’aria e pressione del vapor d’acqua.Essa è definita dall'ASHRAE come la temperatura equivalente dell’aria di unambiente isotermico con umidità relativa del 50% in cui un soggetto avrebbe laambiente isotermico con umidità relativa del 50% in cui un soggetto avrebbe lastessa sensazione termica, lo stesso carico fisiologico e gli stessi scambi termiciche ha nell'ambiente reale con la stessa velocità dell'aria: su tale indice si basa lascala del Diagramma ASHRAE del benessere;


scala del Diagramma ASHRAE del benessere;


• temperatura del globotermometro (Tg): è la temperatura di equilibrio raggiuntada una cavità nera del diametro di circa 15 cm collocata all'interno dell'ambiente;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 velocitàdell'aria e dello scambio di calore per irraggiamento;

•indice di vento freddo (WCI): è un indice introdotto per valutare le perdite dicalore del corpo umano quando è soggetto a condizioni severe in climi freddi;

• indice di temperatura con bulbo umido e globotermometro WBGT

WBGT = 0.7 Twb + 0.2 Tg+ 0.1 Tdb (°C) ( ambienti esterni con irraggiamento)

WBGT = 0.7 Twb + 0.2 Tg (°C) ( assenza di irraggiamento o interni)WBGT 0.7 Twb 0.2 Tg ( C) ( assenza di irraggiamento o interni)


INDICI DEL BENESSERE• voto medio previsto (PMV) = funzione(M,Icl,T,Tr,velocità aria,umidità relativa)

• Percentuale prevista di insoddisfatti (PPD)Percentuale prevista di insoddisfatti (PPD)

ISO 7730


Voto medio previsto in funzione della percentuale prevista di insoddisfatti

TEMPERATURA DELL’ARIALa temperatura dell'aria non è sufficiente a definire le condizioni di benessere e con ilLa temperatura dell aria non è sufficiente a definire le condizioni di benessere e con ilsolo controllo di essa la percentuale di soggetti pienamente favorevoli non supera il60-65%, con una percentuale di insoddisfatti del 5% ed il rimanente 30-35% incondizioni di leggera insoddisfazione

Studi di Hoppe: Legame tra temperaturamedia della pelle e temperatura dell'aria; la

condizioni di leggera insoddisfazione.

media della pelle e temperatura dell aria; lalinea continua rappresenta l'andamento diTsk.La linea tratteggiata rappresenta il valoreLa linea tratteggiata rappresenta il valoremedio di Tsk ritenuto da Fanger ottimale perle condizioni di comfort termoigrometrico.

M = 1met; Icl=1 clo. Altri valori sono suggeriti dalla UNI EN ISO 7730

( per garantire PPD <10% e PMV=-0,5÷+0,5):

V l i di tt di t t idità l ti l li i i d ti d ll UNI 10339

• To=20-24°C;•To=23-26°C, estiva.

Valori di progetto di temperatura e umidità relativa per locali generici raccomandati dalla UNI 10339 Variabile Inverno Estate

Temperatura interna (°C) ≤ 20 ≥ 26


Umidità relativa minima (%) 35 50

Umidità relativa massima (%) 45 60

UMIDITA’ RELATIVALa norma UNI-CTI 10339 suggerisce i valori di umidità relativa riportati in tabella,associati a differenti valori di temperatura Il diagramma ASHRAE del benessereassociati a differenti valori di temperatura. Il diagramma ASHRAE del benessereindica un'area di benessere delimitata fra valori di umidità relativa compresi tra il 30e il 70%. Gli stessi valori sono riportati nella norma UNI-EN-ISO 7730 sia per ilcaso invernale che estivo.

VELOCITA’ DELL’ARIAValori della velocità media dell’aria secondo la ISO DIS 7730 e la ASHRAE 55 2004Valori della velocità media dell’aria secondo la ISO-DIS 7730 e la ASHRAE 55 – 2004

Categoria dell’ambiente ( diversi valori PMV e PD) Inverno Estate

To (°C) v (m/s) To (°C) v (m/s)

A - condizioni termoigrometriche stringenti 22 ± 1 0.10 24.5 ± 1 0.12

B – condizioni termoigrometriche intermedie 22 ± 2 0.16 24.5 ± 1.5 0.19

C - sono accettati valori di PPD più elevati 22 ± 3 0.21 24.5 ± 3 0.24p

Studi di Fanger: Percentuale degli insoddisfattiPPD

g gin funzione della velocità media dell'ariaall'altezza del collo, per diverse temperature

UNI 10339:•Condizioni standard: 0,15 m/sec;


VELOCITA’ MEDIA ARIA (m/s)

•V=0,05 m/sec per camere sterili;•V= 0,40 m/sec per cucine in ristoranti

CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE

Sono dovute a valori locali delle grandezze fondamentali diversi da quelli medi eSono dovute a valori locali delle grandezze fondamentali diversi da quelli medi e quindi da quelli predefiniti.

Le principali sono:Le principali sono:

1. asimmetria radiante;

2. gradiente termico verticale;

3. temperatura del pavimento;3. temperatura del pavimento;

4. correnti d'aria.


CAUSE DI DISCOMFORT LOCALEAsimmetria radiante: ∆Tpr è definita come la differenza tra la temp radianteAsimmetria radiante: ∆Tpr è definita come la differenza tra la temp. radiante

planare di due superfici opposte.Per temperatura radiante planare si intende la temperatura radiante proveniente dalladirezione perpendicolare alla superficie di misura; può essere calcolata come somma delletemperature superficiali assolute elevate alla quarta potenza e moltiplicate ciascuna per unfattore angolare che dipende dalla posizione reciproca delle pareti (e può essere determinatoanaliticamente o mediante appositi normogrammi):

)(KTfT 4n 44∑=

Tpr = temperatura radiante planare (K);Ti = temperatura assoluta della superficie i-esima (K);)(KTfT

1i ii.ppr∑=

= Ti temperatura assoluta della superficie i esima (K);fp.i = fattore angolare tra la superficie di misura e la i-esima superficie.

Studi di Fanger: Percentuale degli insoddisfatti in funzione della temperatura asimmetrica radianteStudi di Fanger: Percentuale degli insoddisfatti in funzione della temperatura asimmetrica radianteCATEGORIA

(ISO 7730)TEMPERATURA ASIMMETRICA

RADIANTE (°C)soffitto parete soffitto paretesoffitto caldo

parete fredda

soffitto freddo

parete calda

A - condizioni termoigrometriche

t i ti< 5 < 10 < 14 < 23

Cat. Bstringenti

B – condizioni termoigrometriche

intermedie< 5 < 10 < 14 < 23


C - sono accettati valori di PPD più elevati < 7 < 13 < 18 < 35

Gradiente termico verticale

Le normative ISO-DIS 7730 e ASHRAE 55-2004 indicano il valore limite di 3°C per ladifferenza di temperatura dell'aria testa (1.1 m dal suolo) - caviglie (0.1m ), incorrispondenza della quale, secondo Olesen si ha una PPD pari al 5% (Studi in cameracorrispondenza della quale, secondo Olesen si ha una PPD pari al 5% (Studi in cameraclimatica)

Andamento della temperatura dell'aria in funzione della distanza dal pavimento

Percentuale degli insoddisfatti infunzione della differenza di temperatura


funzione della distanza dal pavimento per vari tipi di impianti di riscaldamento

funzione della differenza di temperaturatra testa e caviglie

La temperatura del pavimento ( influenza gli scambi per conduzione e irraggiamento)

N i l li ti d l ( d i l t li t i) i ltNei 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) 21 ÷ 28 °C• legno di pino 22.5 ÷ 28 °C• legno di quercia 24 ÷ 28 °Ceg o d que c a 8 C• calcestruzzo 26 ÷ 28.5 °C

Con scarpe e calzeInfluenza della tempo di esposizione calzeInfluenza della tempo di esposizione

ISO 7730:•Tp = 19 29 °C ( cat A e

Legno Cemento

PPD (soggetti scalzi) in funzione della temperatura del

•Tp = 19-29 C ( cat. A e B);•Tp = 17-31 °C ( cat. C)


pavimento, per differenti tempi di esposizione.

Le correnti d’ariaIl 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.

( ) 100vvTU ⋅

σ=

vσ(v) =deviazione standard della velocità, ossia lo scostamento dalla media del valore effettivo di velocità in funzione del tempo e dello spazio;

v = media della velocità dell’aria.

Fanger elaborò un modello matematico in grado di determinare la PPD in funzionedell'intensità della turbolenza, della velocità media dell'aria e della sua temperatura.

PPD = (34 - Ta) (v - 0.05)0.62 (0.37vTU+3.14) (%)

PPD = percentuale di persone insoddisfatte (%);PPD percentuale di persone insoddisfatte (%);Ta = temperatura dell'aria (°C);v = velocità media dell'aria (m/s);TU = intensità della turbolenza (%).TU intensità della turbolenza (%).


Le correnti d’aria

P t l d li i ddi f tti i f iPercentuale degli insoddisfatti in funzionedell’intensità della turbolenza, per diversi valori dellavelocità media dell’aria in corrispondenza delsoggetto

Combinazioni di temperatura velocità media dell'aria edCombinazioni di temperatura, velocità media dell aria edintensità della turbolenza che provocano una PPD del15%

P t l P i t di I ddi f tti d t d’ i di t i di bi ti d tiPercentuale 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 %

L’EQUAZIONE ED I DIAGRAMMI DEL BENESSERE

Fanger elaborò diagrammi del benessere nei quali i parametri oggettivi dell'ambiente furonocorrelati con quelli soggettivi e fisiologici degli occupanti. I fattori considerati furono i seguenti:

1. livello di attività, dal quale dipende la produzione di calore metabolico (M);2. resistenza termica dell'abbigliamento (Icl);3. temperatura dell'aria (Ta);4. temperatura media radiante (Tr);5 l ità d ll' i ( )5. velocità dell'aria (v);6. umidità relativa dell'aria, per la quale si fa riferimento alla pressione parziale del vapor

d'acqua (P).NOTA I di i tili i f di ll dNOTA : I diagrammi sono utili in fase di collaudo.

Fanger sviluppò due relazioni che legano il livello di attività (M) con la temperatura media dellapelle (Tsk) e con l'entità della sudorazione (E), ottenute, in condizioni di neutralità termica,( ) ( )interpolando i dati di Rholes e Nevins:

Tsk= 35.7 - 0.0372 M (°C)

E = 0.42(M - 58.2) (W/m2)

Il bilancio termoigrometrico del corpo umano può essere scritto nella forma implicita:Il bilancio termoigrometrico del corpo umano può essere scritto nella forma implicita:

f(M, Icl, E, Tsk, v, Tr, Ta, P) = 0 EWRKCLSM −±±±±±±=


diventa:f '(M, Icl, v, Tr, Ta, P) = 0 equazione del benessere di Fanger

I DIAGRAMMI DEL BENESSERE

R l i i t t t d ll' iRelazioni tra temperatura dell'aria, temperatura media radiante e velocità

dell'aria Ipotesi:• Isolamento termico dell’abbigliamento

pari a 0.5 clo,p ,• attività sedentaria pari a 1 met• umidità relativa pari al 50%

Convezione nulla

R l i i t t t tiRelazioni tra temperatura operativa e velocità e diversi livelli di attività

Ipotesi:• isolamento termico dell’abbigliamento

pari a 0.5 clo,


p ,• umidità relativa pari al 50%

I DIAGRAMMI DEL BENESSERE ( ASHRAE)

IPOTESI:

•M = 1 met•Icl = 0.5 clo in estateIcl 0.5 clo in estatee Icl= 0.9 clo ininverno;• la velocità dell'aria è:• la velocità dell aria è:

• minore di 0.25 m/sin estate

i di 0 15 /• minore di 0.15 m/sin inverno.

•In inverno il comfort è garantito per valori della temperatura effettiva compresinell'intervallo 20-23.9°C,•mentre in estate l'intervallo è spostato tra 22 8 e 26 1°C;


•mentre in estate l intervallo è spostato tra 22.8 e 26.1 C;•l'umidità relativa è mediamente compresa nell'intervallo 30-70% (estate e inverno).

RIFERIMENTI NORMATIVI1. UNI EN ISO 7730-1994 International Standard: Moderate Thermal Environments.

Determination of the PMV and PPD Indices and Specification of the Conditions forThermal Comfort;

2. ISO-DIS 7730-2003: Analytical determination and interpretation of thermal comfort usingcalculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort;

3. ASHRAE 55-2004: Thermal environmental conditions for human occupancy;

4. UNI-CTI 10339: Impianti aeraulici ai fine del benessere. Generalità, classificazione erequisiti. Regole per la richiesta d’offerta, l'offerta, l’ordine e il collaudo.

Categorie per gli ambienti termici secondo la ISO-DIS 7730 e limiti per il comfort globale eCategorie per gli ambienti termici secondo la ISO DIS 7730 e limiti per il comfort globale e localizzato

Comfort globale Discomfort localizzato

P t lInsoddisfatti da Insoddisfatti da Insoddisfatti da Insoddisfatti da

CategoriaPercentuale Prevista di

Insoddisfatti PPD %

Voto Medio Previsto

PMV

corrente d'ariaDR %

differenza verticale della temperatura

temperatura del pavimento

asimmetriaradiante

DR* % ∆T (°C) % Tp (°C) % ∆Tpr(°C)**( )

A < 6 -0.2 ÷ 0.2 < 10 < 3 < 2 < 10 19 - 29 < 5 -

B < 10 -0.5 ÷ 0.5 < 20 < 5 < 3 < 10 19 - 29 < 5 -

C < 15 -0.7 ÷ 0.7 < 30 < 10 < 4 < 15 17 - 31 < 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)


** variabile a seconda del tipo di superficie (soffitto caldo, parete fredda, soffitto freddo, parete calda)

I NUOVI MODELLI ADATTIVINel modello adattivo l’occupante di un edificio non è più semplicemente intesoNel modello adattivo l occupante di un edificio non è più semplicemente inteso

come un soggetto passivo, così come appariva nel modello statico, macome un agente attivo che interagisce a tutti i livelli con l’ambiente in cuisoggiorna. Il modello adattivo introduce quindi algoritmi di controllo e di rispostache permettono di migliorare il livello di comfort termico degli occupanti e diridurre il consumo di energia. Alla base del modello di comfort adattivo c’è lagconvinzione che il soggetto, consciamente o incosciamente, svolga unruolo attivo nella creazione delle condizioni termiche che preferisce e che,per raggiungere più facilmente la soddisfazione nei confronti delper raggiungere più facilmente la soddisfazione nei confronti delmicroclima, attua un processo di adattamento, definito come quel processodi graduale diminuzione delle reazioni individuali agli stimoli ambientali.

Si distinguono tre tipi di adattamento:• comportamentale: complesso dei cambiamenti che una persona mette in atto,

i t difi i t i h l il bil i t i d lconsciamente o no, per modificare i parametri che regolano il bilancio termico delcorpo; può essere suddiviso in personale, tecnologico e culturale;

• fisiologico: l’esposizione prolungata a date condizioni riduce lo stress; nellecondizioni tipiche degli ambienti moderati questo tipo di adattamento haun’influenza trascurabile sulla percezione del comfort;

• psicologico: le esperienze pregresse e le aspettative modificano la percezione


p g p p g p pdegli stimoli sensoriali e la reazione ad essi.

Un modello di questionario viene suggerito dalla norma UNI-EN-ISO 10551;esso

I NUOVI MODELLI ADATTIVIUn modello di questionario viene suggerito dalla norma UNI-EN-ISO 10551;essopuò essere integrato con ulteriori domande connesse alle opportunità per glioccupanti di fare uso di controlli del loro intorno termico e della soddisfazionederivante da ciò per valutare l’influenza dell’aspetto comportamentalederivante da ciò, per valutare l’influenza dell’aspetto comportamentalenell’adattamento personale all’ambiente termico. I punti salienti del questionarioriguardano:- sensazione termica;- comfort;- preferenza termica;p- accettabilità;- tollerabilità;- possibilità di un controllo individuale del microclima;possibilità di un controllo individuale del microclima;- soddisfazione riguardo al controllo individuale;- uso dei diversi meccanismi di controllo del microclima.In ogni caso nessuno dei modelli proposti ha ancora trovato conferme eIn ogni caso nessuno dei modelli proposti ha ancora trovato conferme econsensi, ed è il motivo per cui la ISO-DIS 7730-2003 si occupa dell’adattamentosolo in modo qualitativo.P il Di ti t di I i I d t i l d ll’U i ità di P i S iPresso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Perugia – Sezionedi Fisica Tecnica – sono attualmente in corso indagini sperimentali basate suimodelli adattivi.


1.Benessere termoigrometrico.ppt [modalità compatibilità] · •M. Felli:Lezioni di Fisica...

Documents

Transcript of 1.Benessere termoigrometrico.ppt [modalità compatibilità] · •M. Felli:Lezioni di Fisica...