LA TERMOGRAFIA NELLA VALUTAZIONE DEL COMFORT TERMICO …€¦ · interpretazione del benessere...

Sessione specialistica «Manutenzione e processi : i metodi termici per la caratterizzazione meccanica dei materiali e della loro integrità»

Antonella TUNDO ricercatrice ENEA DTE SEN SCC Dipartimento Tecnologie Energetiche - Divisione Smart Energy Laboratorio «Smart Cities & Communities»

LA TERMOGRAFIA NELLA VALUTAZIONE DEL COMFORT TERMICO IN AMBIENTI SCOLASTICI CON LA PARTECIPAZIONE DEGLI STUDENTI

Affidabilità e Tecnologie 10a edizione Torino, 20-21 aprile 2016

LA TERMOGRAFIA NELLA VALUTAZIONE DEL COMFORT TERMICO

IN AMBIENTI SCOLASTICI

CON LA PARTECIPAZIONE DEGLI STUDENTI

Scala di sensazione termica (standard ASHRAE)

ENEA

DTE (Dipartimento Tecnologie Energetiche) Divisione SEN (Smart City Energy ) Laboratorio SCC (Smart City and Community) Attività in corso.. Progetto PAR D.7 “Smart community” d.2 “Smart school community” sperimentazione su una scuola per l’anno 2015 PROGETTO Smart School and Community per il Liceo Scientifico Enrico Fermi - BARI Ambito: Alternanza Scuola - Lavoro ( Lg 107-2015)

Insieme

LA TERMOGRAFIA NELLA VALUTAZIONE DEL COMFORT TERMICO

IN AMBIENTI SCOLASTICI

CON LA PARTECIPAZIONE DEGLI STUDENTI

I progetti ENEA «Smart Cities »

• Monitoraggio ambientale; monitoraggio energetico e diagnostica remota di rete di edifici pubblici.

• Illuminazione e monitoraggio mobilità pubblica.

• Monitoraggio ambientale; monitoraggio energetico e diagnostica remota di rete di edifici pubblici.

• Partecipazione attiva e sociale dei cittadini

•Smart Village alla sede ENEA di Casaccia (Roma)

•City 2.0, uno Smart Ring a L’ Aquila

•RES NOVAE, lo show room a Bari

•Networks Europei

VALUTAZIONE DEL COMFORT TERMICO IN UN AMBIENTE CONFINATO MODERATO

IL PMV (PREDICTED MEAN VOTE) E’ UN INDICE ADIMENSIONALE CHE DESCRIVE LE CONDIZIONI DI COMFORT SULLA BASE DELLE VALUTAZIONI SOGGETTIVE DI UN GRUPPO DI PERSONE IN UN DATO AMBIENTE (VALORE MEDIO) IL PMV ESPRIME LA SENSAZIONE TERMICA ATTRAVERSO UNA SCALA A SETTE PUNTI CHE VA DA -3 ( MOLTO FREDDO) A + 3 (MOLTO CALDO) ATTRAVERSO 0 (NEUTRALITA’ TERMICA) ANCHE QUANDO PMV = 0, CI SARA’ COMUNQUE UNA PERCENTUALE DI INSODDISFATTI (PREDICTED PERCENTAGE DISSATISFIED O PPD)

SCALA DELLA SENSAZIONE TERMICA

3 molto caldo

2 caldo

1 leggermente freddo

0 nè caldo nè freddo

-1 leggermente freddo

-2 freddo

-3 molto freddo

Scala di sensazione termica (standard ASHRAE)


Attivita’ metabolica in funzione delle diverse attivita’

MET 1,2

MET 9,5

STARE IN PIEDI RILASSATI.

SPORT CORSA (15 Km/h) UNI EN ISO 8996: 2005

Ergonomia dell’ambiente termico:

Determinazione del metabolismo

energetico

ALUNNO/A DATA

MET

0,8

1

1,2

1,2

1,4

1,6

1,6

1,7

1,9

2

2,5

2,9

3,4

6,2

7

9,5

405

550

110

116

145

170

STARE DISTESI E RIPOSATI

STARE SEDUTI E RILASSATI

STARE IN PIEDI RILASSATI

Attivita' sedentaria (ufficio, scuola, lab)

GUIDARE AUTO

200

360

46

58

70

70

80

93

95

100

LAVORO DOMESTICO PESANTE (lavare

pavimento, stirare)

CAMMINARE IN PIANO (5 Km/h)

SPORT: pattinaggio

SPORT : sciare

SPORT: CORSA ( 15 KM/h )

STARE IN PIEDI: attività leggera (shopping,

laboratorio..)

INSEGNAMENTO

CURA QUOTIDIANA (BARBA, VESTIRSI, LAVARSI)

CAMMINARE IN PIANO (2 Km/h)

STARE IN PIEDI: attività media ( lavoro domestico,

commesso)STARE IN PIEDI: lavare i piatti

ATTIVITA' METABOLICA

RIFERIMENTO ALLA NORMA UNI EN 7730 (2006)

ATTIVITA' SVOLTA

1 MET = > 58, 15 W/M2 DI SUPERFICIE CORPOREA

SUPERFICIE CORPOREA ADULTO => 1,78 M2

W/M2

Smart school community

NORME UNI_EN/UNI EN ISO 8996_2005.pdf


Generalmente viene espressa con il clo:

1 clo = 0,155 m2 °C/w

Esempi di combinazione di abbigliamenti

tipici:

• Corpo nudo: 0 clo

• Soggetto con vestito estivo: 0,3-0,6 clo

• Soggetto con vestito invernale: 0,7-1,2

clo

• Vestito pesante con soprabito: 1,8 clo

La resistenza termica dell’abbigliamento

ALUNNO/A DATA

CALZE LUNGHE LEGGERE 0,1 0,016 0,1

CALZE ALLA CAVIGLIA LEGGERE 0,05 0,008

CALZINI LEGGERI 0,02 0,003

COLLANT 0,03 0,005

SLIP 0,03 0,005 0,03

BOXER 0,04 0,006

REGGISENO 0,01 0,002 0,01

MAGLIETTA SENZA MANICHE 0,06 0,009

T-SHIRT 0,09 0,014 0,09

MAGLIETTA A MANICHE LUNGHE 0,12 0,019

SOTTOVESTE DI NYLON 0,14 0,022

CAMICIA A MANICHE CORTE 0,19 0,029

CAMICIA A MANICHE LUNGHE LEGGERA 0,15 0,023

CAMICIA A MANICHE LUNGHE 0,25 0,039

CAMICIA DI FLANELLA A MANICHE LUNGHE 0,3 0,047

BLUSA A MANICHE LUNGHE COLLO ALTO 0,34 0,053

PANTALONI CORTI 0,11 0,009

JEANS 0,25 0,039

PANTALONI LEGGERI LUNGHI 0,2 0,031 ΣIcloPANTALONI NORMALI 0,25 0,039 0,25

PANTALONI DI FLANELLA 0,28 0,043

TUTE TUTA DA GINNASTICA 0,28 0,043

GILET 0,12 0,019

MAGLIONE LEGGERO 0,2 0,031

FELPA 0,2 0,031 0,2

MAGLIONE CLASSICO 0,28 0,043

MAGLIONE PESANTE 0,35 0,054

MAGLIONE A COLLO ALTO LEGGERO 0,26 0,04

GIACCA ESTIVA 0,25 0,039

GIACCA INVERNALE 0,35 0,054

CAPPOTTO 0,6 0,093

GIACCA A VENTO (PIUMINO) 0,55 0,085

GUANTI GUANTI 0,05 0,008

MINIGONNA (15 CM SUL GINOCCHIO) 0,1 0,016

GONNA LEGGERA (15 CM SOTTO IL GINOCCHIO)0,18 0,028

ABITO LEGGERO ESTIVO, SENZA MANICHE 0,25 0,039

ABITO INVERNALE, MANICHE LUNGHE 0,4 0,062

SCARPE (SUOLA SOTTILE) 0,02 0,003

SCARPE (SUOLA SPESSA) 0,04 0,006 0,04

STIVALI 0,1 0,016

DI LEGNO, DI METALLO 0 0 0 ΣIcloRIVESTITA CON STOFFA IMBOTTITA 0,1 0,016 0,1

0,82

MAGLIONI-FELPE

CAPPOTTI-GIACCHE

GONNE- ABITI

SCARPE

SEDIE

0,96

0,05

PRIMAVERA / ESTATE

ICLO TOT= Σiclo

AUTUNNO /INVERNO

0,04

0,04

0,35

0,28

0,2

ESEMPIO

0,19

0,04

RIFERIMENTO ALLA NORMA UNI EN 7730 (2006)

RESISTENZA TERMICA DELL'ABBIGLIAMENTO

0,41

0,02

DESCRIZIONE DEGLI INDUMENTI CLO ICLOm°C/W Iclo TOT

0,11

0,05

BIANCHERIA PARTE

INFERIORE DEL

CORPO

BIANCHERIA PARTE

SUPERIORE DEL

CORPO

CAMICIE-BLUSE

PANTALONI

Smart school community

LE NORME TECNICHE PER LA VERIFICA DI COMFORT TERMICO

GLOBALE E LOCALIZZATO: PROCEDURE E STRUMENTI

Ambienti moderati

UNI 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 di benessere termico locale»: questa norma presenta metodi per prevedere la sensazione termica globale ed il grado di disagio (insoddisfazione termica) delle persone esposte in ambienti termici moderati. Consente la determinazione analitica e l'interpretazione del benessere termico mediante il calcolo del PMV e del PPD e dei criteri di benessere termico locale, fornendo le condizioni ambientali considerate accettabili per il benessere termico globale così come quelle che rappresentano il disagio locale.


CHECK- LIST secondo la norma UNI EN ISO 7730 - 2006:

1. CHECK 1: - 0.5 < PMV < + 0.5 (COMFORT GLOBALE)

2. CHECK 2: DR < 20 % al collo e alla caviglia

3. CHECK 3: Le differenze verticali della temperatura dell’aria livello caviglia-livello testa devono essere minori di 3°C

4. CHECK 4: L’asimmetria della temperatura radiante da pareti fredde deve essere minore di 10°C

5. CHECK 5: L’asimmetria della temperatura radiante da soffitto caldo deve essere minore di 5°C

6. CHECK 6: La temperatura superficiale del pavimento deve essere compresa tra i 19°C ed i 29°C

7. CHECK 7: L’umidita relativa deve essere compresa tra 30% e 70%

NORMA UNI EN ISO 7726-2002 Ergonomia dell’ambiente termico Strumenti per misurare i parametri fisici La norma specifica il campo di applicabilità, le caratteristiche metrologiche degli strumenti e i metodi per la misurazione delle grandezze fisiche che caratterizzano un ambiente termico in funzione della valutazione del comfort ed in particolare della temperatura radiante

STRUMENTI DI MISURA DEI PARAMETRI FISICI PER L’AMBIENTE TERMICO

Nella valutazione degli indici di comfort termico in ambienti confinati moderati e nella conseguente stima di PMV e PPD gli errori di misura su ta e tr hanno pari influenza… …MA la misura di tr è affetta da incertezze (+/- 2 °C) molto maggiori di quella di ta (+/- 0,5 °C) (UNI EN 7726-2002)


Discostamenti ammissibili indicati nelle norme UNI EN 7726-2002


La maggiore tolleranza sulla misura della temperatura media radiante rende maggiormente critica quest’ultima rispetto a quella della temperatura dell’aria E’ importante dunque soffermarsi sui metodi di misura di questo parametro essenziale nel calcolo degli indici di comfort globale La temperatura media radiante è la temperatura di un ambiente virtuale caratterizzato dallo stesso scambio energetico di quello reale, termicamente disomogeneo per la presenza di varie sorgenti di diversa temperatura


La normativa UNI EN ISO 7726:2002 indica alcune procedure che prevedono complicati calcoli e misurazioni per la valutazione della temperatura media radiante delle pareti di un ambiente confinato. Fra i vari strumenti definiti dalla normativa ci sono:

1) Misure con il globo termometro nero 2) Metodo dei fattori di vista 3) Metodo della temperatura piana radiante o del

radiometro a due sfere


Globotermometro nero (diametro standard cm 15, Ɛ = 0,95) Il principio di funzionamento è basato sullo scambio termico per irraggiamento con le varie sorgenti presenti nell’ambiente e sullo scambio convettivo determinato dalla velocità dell’aria (Va) e dalla temperatura dell’aria (ta) in prossimità del globo.

METODI DI MISURA DELLA TEMPERATURA RADIANTE

METODI DI MISURA DELLA TEMPERATURA RADIANTE

Limiti dello strumento e precauzioni (B.2.3.2 – B.2.3.6 UNI 7726)

1. Se l’ambiente confinato presenta emissioni non omogenee

sono necessarie misurazioni con almeno tre globotermometri

2. Equilibrio termico del globo si raggiunge tra i 20’ a 30’

3. L’accuratezza della misura di tr può variare notevolmente in

funzione delle caratteristiche dell’ambiente

4. A causa della differenza di forma fra globo e persona, la

radiazione ricevuta dal pavimento o dal soffitto è sovra-

stimata rispetto a una persona seduta o in piedi

Ciò ha condotto all’utilizzo di sensori a forma ellissoidale

più prossimi alla forma della persona

STRUMENTI DI MISURA DEL WBGT - PMV - PPD

• Misura di WBGT (Wet Bulb Globe Temperature) Temperatura a bulbo umido e del globo termometro per l’analisi di ambienti severi caldi (ISO 7243)

• Calcolo di PMV e PPD per ambienti moderati tnv = temperatura di bulbo umido a ventilazione naturale tg = temperatura del globotermometro ta = temperatura dell’aria Rh = umidità relativa Va = velocità dell’aria Calcola anche: Tr = temperatura media radiante

Rif norme :

UNI EN ISO 7726

UNI EN ISO 7243 : ambienti caldi. Valutazione dell’ambiente termico nei luoghi di lavoro , basata sull’indice WBGT

(temperatura a bulbo umido e del globotermometro)

UNI 7730

UNI EN ISO 8996

METODI DI MISURA DELLA TEMPERATURA MEDIA RADIANTE

Metodo indiretto Dei fattori di vista

Calcola tr sulla base della temperatura superficiale delle pareti circostanti mediante metodi a contatto o a distanza (termometro a contatto o a radiazione) e la stima del fattore di vista tra la persona e le superfici circostanti Fp-i . Se la differenza tra le temperature delle pareti è relativamente trascurabile, la formula si semplifica:

Metodo dei fattori di vista

Si divide idealmente ogni parete in quattro

rettangoli determinati dalla proiezione del punto

“baricentrico” della persona seduta (h= 0,60 m) o

in piedi (h= 1,00 m)

Con

a e b = porzione di parete

c = distanza del baricentro dalla parete


Si divide idealmente pavimento e soffitto in quattro

rettangoli determinati dalla proiezione del punto

“baricentrico” della persona seduta (h= 0,60 m) o

in piedi (h= 1,00 m)

Con

a e b = porzione di pavimento o soffitto

c = distanza del baricentro pavimento o soffitto



ha i seguenti vantaggi/criticità :

Vantaggi:

• migliore accuratezza nella determinazione dei vari

contributi delle diverse pareti alla temperatura media

radiante

• Possibilità di stimare condizioni di asimmetria

Criticità:

• Calcolo dei fattori di vista

• Misurazione della temperatura media superficiale

delle pareti



Metodo della temperatura piana radiante La temperatura piana radiante descrive le radiazioni provenienti dal semispazio che fronteggia la faccia dell’elemento piano Lo strumento principale utilizzabile è il “sensore riscaldato” (radiometro netto) costituito da un disco riflettente e un disco assorbente affiancati Il disco riflettente (gold plated) scambia energia con l’ambiente solo attraverso la convezione Il disco assorbente (matt black painted) scambia energia mediante convezione ed irraggiamento


radiometro netto

Metodo della temperatura piana radiante


Dalla differenza tra le potenze fornite ai due dischi per mantenerli ad una data temperatura si ottiene il calcolo della temperatura piana radiante riferibile al semi-spazio posto di fronte al disco assorbente

Metodo della temperatura piana radiante

La temperatura media radiante può

essere calcolata misurando la temperatura

piana radiante Tpr-i nelle sei direzioni dello

spazio (sopra, sotto, destra, sinistra, avanti,

dietro) ed i fattori di area proiettata Ap-i per

una persona nelle sei direzioni dello spazio

secondo la relazione:

Che per una persona seduta è:


UTILIZZO DELLA TERMOCAMERA PER LA MISURA DELLA TEMPERATURA MEDIA RADIANTE

Metodo indiretto della misura a distanza della temperatura superficiale e dei fattori di vista Rappresenta un’alternativa possibile ai metodi e alle regole dettate dalla norme UNI EN ISO 7726 Criticità:

• Stima delle emissività delle superfici • Necessità di misurare termogrammi di tutte le superfici

dell’ambiente • Complessità della strumentazione necessaria • Difficoltà nel calcolo dei fattori di vista

Allo stesso tempo nella valutazione del comfort, in presenza

di un numero consistente di persone (come per esempio in

una classe a scuola) la domanda è relativa al metodo

attraverso il quale calcolare il contributo derivante dalle

singole persone


Metodo indiretto della misura a distanza della temperatura superficiale e dei fattori di vista

Misura della temperatura piana radiante della porzione di spazio oggetto della ripresa Idea della seguente ricerca è l’uso della termografia per la misura della Tpr intendendo la lente della termocamera come faccia dell’elemento piano di fronte al semispazio Condizione preferenziale: utilizzo di sistema ottico grandangolare (tenendo in debito conto il fatto che il flusso di energia radiante che proviene dai bordi del campo di vista è molto inferiore a quello proveniente dal centro).


Misura della temperatura piana radiante della porzione di spazio oggetto della ripresa

Strumento utilizzato: Termocamera (FLIR T620) in funzione di radiometro per effettuare una stima della tpr


Analisi di comfort termico con termocamera

in un aula di informatica con 24 studenti:


Misura del PMV e del PPD Cgli studenti hano compilato una scheda di calcolo per la misura e verifica degli indici di comfort globale attraverso

Le misure strumentali dei parametri ambientali La valutazione di parametri soggettivi Il calcolo delle tmr a partire dalle tpr

La verifica del PMD e del PPD

CONCLUSIONI

il metodo proposto è solo approssimativamente utilizzabile al

posto di quelli previsti dalle norme tecniche ed è ancora da

validare

resta irrisolto il problema di come procedere se vi sono

"molti" ostacoli nella stanza come la presenza di molte

persone e di molti arredi (fra cui pc in una sala di

informatica)

Trovare il modo di ottenere la temperatura radiante fornita

dalla lettura di tutto il fotogramma registrato dalla

termocamera e che questa è tanto più vicina alla

temperatura radiante piana quanto più l'obiettivo dello

strumento è è grandangolare.

Grazie dell’attenzione!

LA TERMOGRAFIA NELLA VALUTAZIONE DEL COMFORT TERMICO …€¦ · interpretazione del benessere...

Documents

Transcript of LA TERMOGRAFIA NELLA VALUTAZIONE DEL COMFORT TERMICO …€¦ · interpretazione del benessere...