IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO

DFT - Dipartimento di Fisica Tecnica,Università degli Studi di Padova

Michele De Carli

BENESSERE AMBIENTALE

BENESSERE TERMICO AMBIENTALE: atteggiamento mentale di soddisfazione per l’ambiente dal punto di vista termico.

necessità di analisi delle interazioni uomo-ambiente1) Non esiste un’unica condizione di benessere ambientale

i criteri quantitativi di valutazione hanno valore statistico

2) A parità di condizioni la sensazione di benessere varia a seconda degli individui

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 delcorpo.

Termoregolazione e benessere termico: la condizione di benessere termico corrisponde al minimo “stress” del meccanismo di termoregolazione

BILANCIO ENERGETICO SUL CORPO UMANO

S = M - W - EVE - CVE - C - R - ESK - CK

Variazione en. int. del corpo umano per unità di tempo

Potenza metabolica

Potenza meccanica

Potenza latente di respirazione

Potenza sensibile di respirazione

Potenza per conduzione

Potenza per convezione

Potenza per irraggiamento

Potenza latente per evaporazione

della pelle

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

S = F ( M/ADu, η, Icl, fcl , ta, tmr, pa, v , ts, Et/Adu ) = 0

Temperatura media radiante: temperatura uniforme di una cavità nera che assicuri lo stesso scambio di radiazione tra corpo umano e pareti dell’ambiente

Parametri indicatori del tipo di attività

Parametri di termoregolazione del corpo

Parametri legati alle caratteristiche

del vestiario

Parametri caratteristici

dell’ambiente

Un set di valori che soddisfa l’equazione è la condizione più probabile di benessere

TEMPERATURA OPERATIVA

C = hc A (tcl - ta) R = hr A (tcl - tr)

C + R = hr A (tcl - tr) + hc A (tcl - ta) = A [hr (tcl - tr) + hc (tcl - ta)]= A (hr + hc) (tcl - to)

se hr = hc allora to = (ta + tr) / 2

Risulta utile trattare gli scambi termici per convezione e radiazione mediante un unico parametro chiamato temperatura operativacosì definito:

to = (hc ta + hr tr) / (hr + hc)

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 DissatisfiedPPI: Percentuale di persone Insoddisfatte

Scala di sensazione termica:+3: molto caldo+2: caldo+1: leggermente caldo0: confortevole

-1: leggermente freddo-2: freddo-3: molto freddo

Relazione tra voto medio previstoe percentuale di persone insoddisfatte

Diagramma per il comfort (-0,5 < PMV < 0,5)

19.5 – 23.5 °C

23 – 26 °CTa = 26 °C; Tmr = 21 °C

Ta = 21 °C; Tmr = 26 °C

Ta = 21 °C; Tmr = 18 °C

Ta = 18 °C; Tmr = 21 °C

Ta = 28 °C; Tmr = 24 °C

Ta = 24 °C; Tmr = 28 °C

Ta = 22 °C; Tmr = 24 °C

Ta = 24 °C; Tmr = 22 °C

Come misurare il comfort?

Temperatura operanteUmidità 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 - 30/06/1995Impianti aeraulici a fini di benessere. Generalità, classificazione e requisiti. Regole per la richiesta di offerta, l’offerta, l’ordine, la fornitura.

UNI 8852 - 31/01/1987Impianti di climatizzazione invernale per gli edifici adibiti ad attività industriale ed artigianale –Regole per l’ordinazione, l’offerta e il collaudo.

UNI EN 12515 - 30/09/1999Ambienti caldi - Determinazione analitica ed interpretazione dello stress termico mediante calcolo della sudorazione richiesta.

UNI EN 27243 - 29/02/1996Ambienti caldi. Valutazione dello stress termico per l'uomo negli ambienti di lavoro, basata sull'indice WBGT (temperatura a bulbo umido e del globotermometro).

Art. 3 - Misure generali di tutelaLe 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 protezione1. 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…………..

DECRETO LEGISLATIVO 626/94

Attività W/m2 metPersona distesa 46 0,8Persona seduta, rilassata 58 1,0Attività sedentaria (ufficio, casa, scuola, laboratorio) 70 1,2Attività leggera in piedi (compere, laboratorio, industria leggera) 93 1,6Attività media in piedi (commesso, lavori domestici, lavori a macchina) 116 2,0Camminare a:2 km/h 110 1,93 km/h 140 2,44 km/h 165 2,85 km/h 200 3,4

APPENDICE A Energia metabolica

ISO 7730

APPENDICE B: PROGRAMMA PER IL CALCOLO DEL VOTO MEDIO PREVISTO (PMV) (normativa) E DELLA PERCENTUALE PREVISTA DI INSODDISFATTI (PPD)

Abbigliamento, cloEnergia metabolica, metLavoro esterno, metTemperatura dell’aria, °CTemperatura media radiante, °CVelocità relativa dell’aria, m/sUmidità relativa, %Pressione parziale del vapor d’acqua, Pa

ISO 7730

RISCHIO DA CORRENTE D'ARIALa 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.

ISO 7730ALTRI ASPETTI RELATIVI AL COMFORT

GRADIENTE VERTICALE TESTA-PIEDI

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.

TEMPERATURA PIANA RADIANTE

ASIMMETRIA DELLATEMPERATURA PIANA RADIANTE

Differenza tra la temperatura piana radiante di due facce opposte di un elemento piano.

La temperatura piana radiante può essere calcolata come:tpr = Σ Fp-i ti [°C]

Fp-i fattore di vista tra l’elemento piano e la parete i-esima ti temperatura della superficie i-esima [°C]

Asimmetriaradianteverticale

Asimmetriaradiante

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. MortensenUniversità di Lingby

TEMPERATURE SUPERFICALI

Temperatura minima; problemi di condensa.

Temperature massime e minime raccomandate

Surface temperature [°C] Maximum-

surface temperature

Minimum-surface

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

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

5 10 15 20 25 30 35

mean monthly outdoor air temperature (oC)

indo

or o

pera

tive

tem

pera

ture

(o C

)

80% acceptability limits

90% acceptability limits

50 F 59 F 68 F 77 F 86 F 95 F

86.0

82.4

78.8

75.2

71.6

68.0

64.4

60.8

STO

CK

OLM

AM

STE

RD

AM

FRA

NK

FUR

T

SIN

GA

PO

RE

NE

W D

ELH

I

TOR

INO BA

NG

KO

K

TOK

YO

PA

LER

MO

PE

RTH

ULTERIORI CONSIDERAZIONI SUL COMFORT: COMFORT ADATTATIVO

Definition of comfort conditions according toDIN 1946

Optimal range

Allowed temperatures

Allowedtemperatures

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:

All’esterno in presenza di radiazione:

WBGT = 0.7 tnw + 0.3 tg

WBGT = 0.7 tnw + 0.2 tg + 0.1 ta

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 = WBGTtesta + 2 x WBGTaddome + WBGTcaviglie

4

classe di tasso metabolico

tasso metabolico [W/mq]

tasso metabolico [W] per 1,8 mq

0 < 65 < 1171 65 - 130 117 - 2342 130 - 200 234 - 360

aria stagnante aria non stagnante aria stagnante aria non stagnante25 26 22 23

4 > 260 >468 23 25 18 20

3 200 - 260 360 - 468

persona non acclimatata al calore

322926

persona acclimatata al calore

333028