I i ti t i i l’ dili iImpianti tecnici per l’edilizia · guidare un aereo 2.0 Pallacanestro 5.0...

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile

I i ti t i i l’ dili iImpianti tecnici per l’edilizia( )(5 CFU)

2010/11a. a. 2010/11

Elisa Moretti

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

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

Contenuti del Corso (40 ore)

1. Benessere termoigrometrico e impianti di climatizzazione e condizionamento

2. Acustica

3. Illuminotecnica

2a.a. 2010/11 - Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti

Contenuti del Corso: ImpiantiBenessere termoigrometrico e qualità dell’aria

Benessere termoigrometrico e indici del benessere; influenza dei principaliparametri ambientali sul benessere (temperatura, umidità relativa, velocitàdell’aria, ecc.).Cause di discomfort locale (asimmetria radiante, correnti d’aria, gradientetermico verticale, ecc.).Diagrammi del benessere.Qualità dell’aria e ventilazione degli edifici: metodi semplificati diprogettazione e cenni sui sistemi di filtrazione.St t i i di iStrumentazioni di misura.

Carichi termiciCondizioni interne ed esterne di progetto e calcolo dei carichi termici estivied invernali: carichi termici esterni (trasmissione attraverso l’involucroed invernali: carichi termici esterni (trasmissione attraverso l involucroedilizio, infiltrazione, ventilazione) ed interni (persone, macchinari,illuminazione).

Impianti di climatizzazioneImpianti di climatizzazioneClassificazione degli impianti di climatizzazione.Criteri di progettazione degli impianti di riscaldamento e condizionamentoconvenzionaliconvenzionali.Fabbisogno energetico degli edifici ed impianti: normativa e verifiche aisensi della Legislazione vigente.Descrizione e dimensionamento dei principali elementi degli impianti


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).

Contenuti del Corso: Acustica

Acustica architettonicaProgettazione acustica e trattamenti acustici delle sale;Progettazione acustica e trattamenti acustici delle sale; Indici di qualità acustica delle sale.

A ti bi t lAcustica ambientaleIl rumore: cenni sugli effetti del rumore sull’uomo, indici divalutazione del rumore.P i d l li bi ti ti l t iPropagazione del suono negli ambienti aperti e valutazionedell’attenuazione (divergenza sferica, condizioni climatiche, effettosuolo, presenza di barriere e ostacoli).Barriere acustiche: caratteristiche principali e dimensionamentoBarriere acustiche: caratteristiche principali e dimensionamento.Riferimenti normativi. Cenni su piani di risanamento e zonizzazioniacustiche.

Acustica edilizia Trasmissione del suono attraverso le strutture;Requisiti acustici passivi degli edifici ai sensi del D.P.C.M.5/12/1997.


Strumentazioni di misura.

Contenuti del Corso: IlluminotecnicaCenni sugli apparecchi e le sorgenti luminose

Metodi semplificati di progettazione illuminotecnica (flusso totale, punto-punto);

Progettazione illuminotecnica di ambienti confinati nei seguenti casi di studio:Residenze;Scuole;Scuole;Ambienti commerciali;Ospedali e ambienti medici;G ll i d’ t iGallerie d’arte e musei;

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

Inquinamento luminoso: recenti Leggi e regolamenti regionali


Strumenti per le verifiche illuminotecniche ed i collaudi

Testi consigliati e modalità di verifica

• TESTI CONSIGLIATI:C Buratti: Impianti di Climatizzazione e Condizionamento Morlacchi EditoreC. 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.

• MODALITÀ DI VERIFICA DEL PROFITTO:MODALITÀ DI VERIFICA DEL PROFITTO:La verifica del profitto consiste nell’elaborazione di una tesina e in una provaorale (durata circa 30 minuti).L’elaborato deve essere consegnato almeno 10 giorni prima della prova di esame.


1. Impianti di Cli i iClimatizzazione e Condizionamento

IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO


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 AirConditioning Engineers)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;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’individuoIl 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.

BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANOIl è i t t di i h t f i di i

Sistemi di termoregolazione:

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 fi i ti i )fisica e vestiario)

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);

Calore sensibileL = 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);

sensibile

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 202A

Calore latente

Relazione di Du Bois 0.7250.425sk h0.202mA =

Ask= superficie della pelle (m2);Ask≈1 8 m2 per un uomo


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

Ask≈1,8 m2 per un uomo

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 ) per tenersuperficie di corpo coperta dagli abiti e la superficie nuda (Ask), 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

Pantaloni aderenti, camicia a maniche corte 1.15Pantaloni 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 28Pantaloni lenti, camicia a maniche lunghe, maglione, maglietta intima 1.28

Pantaloni lenti, camicia a maniche lunghe, maglione, giacca, biancheria intimapesante 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


g , g , g ,

Tuta a maniche lunghe, maglietta 1.23

BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: M1 met = 58.15 W/m2 (soggetto seduto a riposo)

Valori del metabolismo per diverse attività

Attività soggetto met Attività soggetto met

1 met 58.15 W/m (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 - 1.2guidare 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 - 7.6guidare un aereo 2.0 Pallacanestro 5.0 7.6pulire 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 VO2

Metabolismo M (equazione proposta da Nishi)

fare shopping 1.6 pesca 1.2 2.0Attività

2Ossigeno

consumato (l/min)leggera < 0.5

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

media 0.5 -1pesante 1 -1.5molto pesante 1.5- 2


di CO2 prodotta e il volume di O2 immesso;VO2 = volume di O2 consumato (l/min) a T = 0°C, P = 1 atm.

estremamentepesante > 2

BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: S

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)

τ⋅=

ddT

Amcα

S skbp,sk

sk τ⋅

−=

ddT

A)mcα(1

S crbp,sk

crτdAsk

τdAks

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 UMANO: L

Lavoro meccanico L ( valori modesti, trascurato perché dello stesso ordine di grandezza dell’errore commeso per valutare M)dell errore commeso per valutare M)

Rendimento (%) Attività Rendimento (%)Attività Rendimento (%) Attività Rendimento (%)

Spalare con busto piegato 3 Camminare in salita 15Spalare con busto eretto 6 Salire le scale 20Spalare con busto eretto 6 Salire le scale 20Avvitare con cacciavite 5 Spingere un carrello 24Sollevare pesi 9 Pedalare in bicicletta 25p


BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: C

Potenza termica scambiata per convezione ( naturale o forzata) avviene tra l’aria e la superficie della pelle o il vestiario

C= hcc(Tsk-Ta) oppure Tcl al posto di Tsk nel caso di soggetto vestito

Equazione Campo di validità Autori

Equazioni per il calcolo del coefficiente di convezione

hc = 8.3v0.6

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

h = 2 7 + 8 7v0.87 0 15 < v < 1 5 Chc 2.7 8.7vhc = 5.1

0.15 < v < 1.50.0 < v < 0.15 Colin - Houdas

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

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 - Gaggev = velocità del soggetto

hc = 14.8v0.69

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

h i W/ 2K i / M i t


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

BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: KPotenza termica scambiata per conduzione: avviene per contatto del corpop p pumano con oggetti solidi a temperatura diversa, sia direttamente sia attraversola resistenza termica dei vestiti

1 clo = 0 155 (m2°C)/W1 clo = 0.155 (m2 C)/W(individuo vestito con slip, camicia, pantaloni, giacca, calzini, scarpe)

Abbigliamento Icl (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 96Pantaloni 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 1.30Gonna, camicia a maniche corte, collant, sandali 0.54Gonna, camicia a maniche lunghe, sottoveste, collant 0.67

Gonna lunga camicia a maniche lunghe giacca collant 1 10


Gonna lunga, camicia a maniche lunghe, giacca,collant 1.10

Tuta a maniche lunghe, maglietta 0.72

BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: R

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

i i ità di d ll fi i d l d l

hr= 4εσ(A/Ask)[0.5(Tcl+ Tr)]3 (W/m2 K) ε = emissività media della superficie del corpo e delvestiario (-); 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/Ask= 0.725 per una persona in piedi [5]);

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

oppure

hr = 4.71 ε (W/m2 K)


BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: W ed Eed

Potenza termica scambiata per respirazione W• Ad ogni atto respiratorio entra nel corpo aria nelle• Ad ogni atto respiratorio, entra nel corpo aria nelle

condizioni di temperatura ed umidità relativadell'ambiente ed esce aria ad una temperatura di circa3 °C34°C ed in condizioni sature;

• per temperatura dell'aria pari a 20°C, la potenza termicaceduta, a seconda del livello di attività, varia tra 2 e 5

Potenza termica scambiata per evaporazione E

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;

Complessivamente una persona può produrre fino a un litro di liquido per


Complessivamente una persona può produrre fino a un litro di liquido per ora, a cui corrisponde una potenza termica di circa 675 W .

INDICI DEL BENESSERE (classificazione ASHRAE)

Di i D i ti E i i iDiretti Derivati razionalmente

Empirici

Gli indici diretti sono ottenibili mediante operazioni di misura:

t t d ll' i (T )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).p ( )


INDICI DEL BENESSERE (classificazione ASHRAE)

Di i D i ti E i i iDiretti Derivati razionalmente

Empirici

Gli indici derivati razionalmente sono ottenuti con relazioni tra grandezzedirettamente misurate; di questi vanno citati i seguenti:

• temperatura media radiante (Tr): è la temperatura uniforme di una cavitànera nella quale il calore scambiato per irraggiamento dal corpo umano

feguaglia quella scambiata nell'ambiente reale, a temperatura non uniforme.

• temperatura operativa (To): temperatura uniforme di un ambiente fittiziodove il soggetto scambia per convezione e irraggiamento la stessa quantità dicalore che scambia nell'ambiente reale;t t ti id (T h) è l t t if di bi t 100% l• temperatura operativa umida (Toh):è la temperatura uniforme di un ambiente con φ=100%, nelquale 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 termicaindice di stress termico (HSI) E/EMAX 100 è il rapporto percentuale tra la potenza termicatotale perduta per evaporazione, necessaria per raggiungere l'equilibrio termico ed il valoremassimo nelle condizioni termoigrometriche dell'ambiente considerato.

HSI 100 i h i ld t d l HSI 0 i h ff dd t ll it i i i t di di


• HSI>100 si ha un riscaldamento del corpo; HSI<0 si ha un raffreddamento; nelle situazioni intermedie diversecondizioni di sforzo termico.

INDICI DEL BENESSEREGli indici empirici stabiliscono una correlazione tra parametri ambientali e sensazioni:p p

temperatura effettiva (ET): combina gli effetti di temperatura a bulbo secco, a bulboumido e velocità, in modo tale che ambienti anche con valori diversi di detti parametri

d i t i i l tproducano una sensazione termica equivalente;La sua determinazione deriva dal confronto tra la sensazione termica provata da un significativonumero di individui in un ambiente di riferimento a microclima determinato e l’ambiente reale nel

l i f tt i di lt i lt d ll t d it t bili d lquale viene fatta variare di volta in volta una delle tre grandezze ritenute responsabili delbenessere termoigrometrico e di facile determinazione sperimentale.essa è definita come la temperatura di bulbo secco di un ambiente mantenuto in condizioniuniformi ed avente umidità relativa pari al 50% nel quale le persone scambiano globalmente launiformi ed avente umidità relativa pari al 50%, nel quale le persone scambiano globalmente lastessa quantità di calore dell'ambiente ad umidità variabile utilizzato durante le prove;

Condizioni: M = 1 met; la velocità aria è 0.2 m/s ed il tempo di esposizione è di un'ora;

Temperatura effettiva corretta (ET*): La temperatura effettiva corretta è definita intermini di temperatura operativa e per la sua stessa origine coinvolge la Temperaturamedia radiante, temperatura dell’aria e pressione del vapor d’acqua.

Essa è definita dall'ASHRAE come la temperatura equivalente dell’aria di un ambiente isotermicocon umidità relativa del 50% in cui un soggetto avrebbe la stessa sensazione termica, lo stessocarico fisiologico e gli stessi scambi termici che ha nell'ambiente reale con la stessa velocitàdell'aria: su tale indice si basa la scala del Diagramma ASHRAE del benessere;


INDICI DEL BENESSERE


INDICI DEL BENESSERE EMPIRICI

• temperatura del globotermometro (Tg): è la temperatura diequilibrio raggiunta da una cavità nera del diametro di circa 15 cmequilibrio raggiunta da una cavità nera del diametro di circa 15 cm,collocata all'interno dell'ambiente; essa combina gli effetti fisici dellatemperatura di bulbo umido, della velocità dell'aria e dello scambio dicalore per irraggiamento;calore per irraggiamento;

•indice di vento freddo (WCI): è un indice introdotto per valutare ledi di l d l d è di i iperdite di calore del corpo umano quando è soggetto a condizioni

severe in climi freddi;

• indice di temperatura con bulbo umido e globotermometroWBGT


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

• Percentuale prevista di insoddisfatti (PPD) ISO 7730Percentuale prevista di insoddisfatti (PPD) ISO 7730

Per PMV= 0 si ha PPD=5%


Voto medio previsto in funzione della percentuale prevista di insoddisfatti

INFLUENZA DEI PARAMETRI AMBINTALI SUL BENESSERE: TEMPERATURA DELL’ARIASS U

La 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% t l di i ddi f tti d l 5% d il i t 30 35% i

Studi di Hoppe: Legame tra temperatura

60-65%, con una percentuale di insoddisfatti del 5% ed il rimanente 30-35% incondizioni di leggera insoddisfazione.

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

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

• To=20-24°C;•To=23-26°C, estiva.

Variabile Inverno EstateTemperatura interna (°C) ≤ 20 ≥ 26U idità l ti i i (%) 35 50


Umidità relativa minima (%) 35 50Umidità relativa massima (%) 45 60

UMIDITA’ RELATIVA

ff tti ti i ll d l t tt i d ll' t

Secchezza

effetti negativi sulle mucose del tratto superiore dell'apparatorespiratorio, che può divenire più secco e perdere parzialmentela sua funzione di protezione contro le infezioni;secchezza dei capelli e della pelle

Umidità condensazione su superfici freddeeccessiva

pformazione di muffe.

La norma UNI-CTI 10339 suggerisce i seguenti valori di umidità relativa

Variabile Inverno EstateVariabile Inverno EstateUmidità relativa minima (%) 35 50Umidità relativa massima (%) 45 60

Il diagramma ASHRAE del benessere indica un'area di benessere delimitata fraIl diagramma ASHRAE del benessere indica un area di benessere delimitata fravalori di umidità relativa compresi tra il 30% e il 70%. Gli stessi valori sono riportatinella norma UNI-EN-ISO 7730 sia per il caso invernale che estivo.


VELOCITA’ DELL’ARIA

PPD

Studi di Fanger: Percentuale degli insoddisfattiin funzione della velocità media dell'ariaall'altezza del collo per diverse temperatureall 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 55 – 2004

Categoria dell’ambiente ( diversi valori PMV e PD) Inverno EstateCategoria dell ambiente ( diversi valori PMV e PD) Inverno EstateTo (°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 0.24


CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE

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

Le principali sono:p p

1. asimmetria radiante;

2. gradiente termico verticale;

3. temperatura del pavimento;

4. correnti d'aria.


CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: asimmetria radianteradiante

Asimmetria radiante: ∆Tpr è definita come la differenza tra la temp. di t l di d fi i t

P t t di t l i i t d l t t di t

radiante planare di due superfici opposte.

Per temperatura radiante planare si intende la temperatura radianteproveniente dalla direzione perpendicolare alla superficie di misura;

può essere calcolata come somma delle temperature superficiali assolute elevatealla quarta potenza e moltiplicate ciascuna per un fattore angolare che dipendedalla posizione reciproca delle pareti (e può essere determinato analiticamente op p p ( pmediante appositi normogrammi)

)(K TfT 4n

1i

4

ii.p

4

pr∑=

=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-esimafp.i = fattore angolare tra la superficie di misura e la i-esima superficie.


CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: asimmetria radianteradiante

parete fredda soffitto caldo soffitto freddo parete calda

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

CATEGORIA(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

CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: gradiente termico verticaletermico 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 ), in( ) g ( )corrispondenza della quale, secondo Olesen si ha una PPD pari al 5% (Studi in cameraclimatica)

Percentuale degli insoddisfatti in funzionedella differenza di temperatura tra testa e


della differenza di temperatura tra testa ecaviglie

CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: gradiente termico verticaletermico verticale

Effetto degli elementi terminali dell’impianto: Andamento della temperatura dell'aria in funzione della distanza dal pavimento per vari tipi di impianti di riscaldamentofunzione della distanza dal pavimento per vari tipi di impianti di riscaldamento


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

pavimento

importante il materiale del pavimento e si trovarono i seguenti campi di temperatura ottimali (Olesen):• fibre tessili (tappeti, moquettes) 21 ÷ 28 °C

l di i 22 5 28 °C• legno di pino 22.5 ÷ 28 °C• legno di quercia 24 ÷ 28 °C• calcestruzzo 26 ÷ 28.5 °C

Con scarpe e calze

ISO 7730:•Tp = 19-29 °C ( cat. A e B);•Tp = 17-31 °C ( cat. C)p ( )


CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: temp. del pavimento

Influenza della tempo di esposizione

pavimento

Legno Cemento

PPD ( tti l i) i f i d ll t t d l i tPPD (soggetti scalzi) in funzione della temperatura del pavimento, perdifferenti tempi di esposizione.


CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: correnti d’aria

Le correnti d’aria

Il flusso d'aria è sempre turbolento; si definisce intensitàpdella turbolenza (TU) il rapporto tra la deviazione standarddella velocità ed il suo valore medio.

( )vσ( ) 100vvTU ⋅

σ=

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 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 (%).

P t l d li i ddi f tti i f i

CAUSE DI DISCOMFORT LOCALE: correnti d’ariaPercentuale 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%

Percentuale Prevista di Insoddisfatti da corrente d’aria per diverse categorie di ambienti moderatiPercentuale 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%C t i B PPD d DR 20 %


Categoria B PPD da DR < 20 %Categoria C PPD da DR < 30 %

L’EQUAZIONE ED I DIAGRAMMI DEL BENESSEREEWRKCLSM ±±±±±± Il bilancio termoigrometrico del corpoEWRKCLSM −±±±±±±=

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

Il bilancio termoigrometrico del corpo umano può essere scritto nella forma

implicita( )

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

Tsk= 35 7 0 0372 M (°C) E = 0 42(M 58 2) (W/m2)Tsk= 35.7 - 0.0372 M ( C) E = 0.42(M - 58.2) (W/m2)

f '(M, Icl, v, Tr, Ta, P) = 0 equazione del benessere di FangerI parametri che, influenzando gli scambi termici tra individuo e ambiente, determinano le condizioni di benessere, sono quindi:•4 parametri ambientali4 parametri ambientali

la temperatura dell'aria ambiente (Ta), che influenza gli scambi termici convettivi; la temperatura media radiante (Tr), che influenza gli scambi termici radiativi; la velocità a dell'aria (v), che influenza gli scambio termici convettivi;la velocità a dell aria (v), che influenza gli scambio termici convettivi; l'umidità relativa dell'aria, per la quale si fa riferimento alla pressione parziale del vapor d'acqua (P), che influenza lo scambio evaporativo dal corpo.

•2 parametri individuali


2 parametri individualiil dispendio metabolico M (correlato all’attività svolta)resistenza termica dell'abbigliamento (Icl);

L’EQUAZIONE ED I DIAGRAMMI DEL BENESSERE

L’equazione del benessere contiene sei parametri (M, Icl, v, Tr, Ta, P)

esistono infinite combinazioni in grado di garantire condizioni di benessere, costituite dallesoluzioni dell'equazione

Fanger elaborò diagrammi del benessere nei quali i parametri oggettivi dell'ambiente furonocorrelati con quelli soggettivi e fisiologici degli occupanti.

le curve di ciascun diagramma rappresentano alcune combinazioni dei parametriambientali in grado di soddisfare l'equazione del benessere e di garantire condizioni dicomfort termoigrometricocomfort termoigrometrico

I diagrammi sono utili in fase di collaudo.


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,Convezione nulla: la velocità p ,

• attività sedentaria pari a 1 met• umidità relativa pari al 50%

nulla: la velocità non influenza il benessere

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. EN ISO 7730:2006 - Ergonomia degli ambienti termici - Determinazione analitica e

interpretazione del benessere termico mediante il calcolo degli indici PMV e PPD e dei criteri dibenessere termico locale;

2. UNI EN ISO 7726:2002 Ergonomia degli ambienti termici. Strumenti per la misurazione delg g pdelle grandezze fisiche.

3. UNI EN ISO 9920:2009 Ergonomia degli ambienti termici. Valutazione dell’isolamento termicoe della resistenza evaporativa dell’abbigliamento.e della resistenza evaporativa dell abbigliamento.

4. ASHRAE 55-2004: Thermal environmental conditions for human occupancy;5. UNI-CTI 10339: Impianti aeraulici ai fine del benessere. Generalità, classificazione e requisiti.

R l l i hi t d’ ff t l' ff t l’ di il ll dRegole 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

Comfort globale Discomfort localizzato

Categoria

Comfort globale Discomfort localizzato

Percentuale Prevista di

I ddi f tti

Voto Medio Previsto

Insoddisfatti da corrente d'aria

DR %

Insoddisfatti da differenza verticale della temperatura

Insoddisfatti da temperatura del

pavimento

Insoddisfatti da asimmetria

radianteInsoddisfatti

PPD %

PrevistoPMV

p p

DR* % ∆T (°C) % Tp (°C) % ∆Tpr(°C)**

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


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)

CENNI SUI NUOVI MODELLI ADATTIVI

Nel modello adattivo l’occupante di un edificio non è più semplicemente inteso comeun soggetto passivo così come appariva nel modello statico ma come unun soggetto passivo, così come appariva nel modello statico, ma come unagente attivo che interagisce a tutti i livelli con l’ambiente in cui soggiorna.

Alla base del modello di comfort adattivo c’è la convinzione che il soggettoAlla base del modello di comfort adattivo c’è la convinzione che il soggetto,consciamente o incosciamente, svolga un ruolo attivo nella creazione dellecondizioni termiche che preferisce e che, per raggiungere più facilmente la

ddi f i i f i d l i li di dsoddisfazione nei confronti del microclima, attua un processo di adattamento,definito come quel processo di graduale diminuzione delle reazioni individualiagli stimoli ambientali.

Il modello adattivo introduce quindi algoritmi di controllo e di risposta che permettonodi migliorare il livello di comfort termico degli occupanti e di ridurre il consumo didi migliorare il livello di comfort termico degli occupanti e di ridurre il consumo dienergia.


IMPIEGO DI QUESTIONARI:

CENNI SUI NUOVI MODELLI ADATTIVIIMPIEGO DI QUESTIONARI:Un modello di questionario viene suggerito dalla norma UNI-EN-ISO 10551;esso puòessere integrato con ulteriori domande connesse alle opportunità per gli occupanti difare uso di controlli del loro intorno termico e della soddisfazione derivante da ciò perfare uso di controlli del loro intorno termico e della soddisfazione derivante da ciò, pervalutare l’influenza dell’aspetto comportamentale nell’adattamento personaleall’ambiente termico. I punti salienti del questionario riguardano:

sensazione termica;comfort;preferenza termica;paccettabilità;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 econsensi, ed è il motivo per cui la ISO-DIS 7730-2003 si occupa dell’adattamento

l i d lit tisolo in modo qualitativo.

Presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Perugia – Sezione di


Fisica Tecnica – si sono svolte indagini sperimentali basate sui modelli adattivi.

I i ti t i i l’ dili iImpianti tecnici per l’edilizia · guidare un aereo 2.0 Pallacanestro 5.0...

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