PUNTO ENERGIA IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO Livio de Santoli, Francesco Mancini Università “La...

PUNTO ENERGIA

IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO

Livio de Santoli, Francesco Mancini Università “La Sapienza” di Roma

PUNTO ENERGIAIl corpo umano è un sistema che, attraverso delle trasformazioni chimiche complesse trasforma l’energia potenziale chimica di cibi e bevande in altre forme di energia, con forte prevalenza di quella termica.

Tali trasformazioni costituiscono nel loro insieme il metabolismo, che può essere quindi definito come quantità di energia chimica su unità di tempo trasformata in potenza termica e meccanica, ed essere espressa in watt.

Il corpo umano può considerarsi suddiviso infatti in due zone caratterizzate da temperature diverse: una esterna, la pelle, ed una interna che comprende gli organi vitali, che deve avere una temperatura costante di 37°C circa.

2

La termoregolazione del corpo umano

PUNTO ENERGIAIl sistema di termoregolazione è costituito da sensori sia per il freddo e per il caldo.

I ricettori sono terminazioni nervose e risultano sensibili oltre che alla temperatura anche alla sua velocità di variazione. Essi inviano segnali all’ipotalamo, che li confronta con i valori di riferimento delle temperature ed attiva qualsiasi meccanismo in grado di mantenere l’omeotermia del corpo.

Esistono due tipi di termoregolazione:- vasomotoria (contro il caldo e contro il freddo);- comportamentale (contro il caldo e contro il freddo).

L’energia termica generata all’interno del corpo umano viene dispersa nell’ambiente essenzialmente attraverso la pelle:

convezione e irraggiamento e conduzioneevaporazione.

3La termoregolazione del corpo umano

PUNTO ENERGIA

4La termoregolazione del corpo umano

termorecettori

ipotalamo

stimoli

vasocostrizionevasodilatazione

brivido

sudore

omeotermia

capillari

periferici

ghiandolesudorifere

gruppi

muscolari

PUNTO ENERGIA

I processi metabolici, consistendo essenzialmente in processi di ossidazione, sono complessivamente esoenergetici.

L’energia potenziale chimica dei cibi e delle bevande si trasforma in:energia termica,energia elettrica (utilizzata per la trasmissione degli impulsi nervosi e per l’attività elettrica dei muscoli),energia meccanica interna (utilizzata per l’attività muscolare),sostanze di riserva, sotto forma di energia potenziale chimica.

L’energia meccanica, quella elettrica e quella chimica successivamente si trasformano in energia termica. L’energia termica prodotta viene quindi dispersa nell’ambiente circostante sotto forma di lavoro meccanico verso l’esterno e di calore dissipato.

5Il metabolismo del corpo umano

PUNTO ENERGIA


Schema delle trasformazioni energetiche nell'organismo.

alimenti

metabolismo

energia termica energia chimica

energia meccanica

energia elettrica

lavoro

lavoro

lavoro

PUNTO ENERGIA

Il metabolismo basale (legato esclusivamente al mantenimento dell’attività cellulare e al funzionamento degli organi principali) di ogni individuo dipende essenzialmente da:

i cicli circadiani, il sesso, la massa e l’altezza, l’età. un valore medio di tale valore è assunto pari a 43 W/m2.

Il metabolismo di riposo comprende le funzioni relative alla digestione, alla termoregolazione, in completa assenza di lavoro muscolare

all’energia metabolica di riposo corrisponde un valore di circa 55-65 W/m2.

Metabolismo di lavoro (legato direttamente all’attività muscolare svolta).

L’area della superficie del corpo umano Ab è calcolata con la relazione di DuBois:

A=0,202 Wb0,425 * Hb

0,725 Wb la massa corporea (kg)

Hb l’altezza corporea (m).

L’uomo standard (70 kg, 1,70 m) ha un’area della superficie corporea di 1,8 m2


PUNTO ENERGIA

L’unità di misura del metabolismo (che si indica con il simbolo M) è W/m2, anche se esso viene spesso misurato nell’unità incoerente met, essendo:

1 met = 58,2 W/m2 = 50,0 kcal/h m2


attività metabolismo ( met )

dormire

stare sedutistare in piedi

attiv. leggera ( camminare )

attiv. media ( negozi, abitaz. )

attiv. pesante ( ginnastica )

ballare

0.6

1

1.2

1.6

2

3

5

PUNTO ENERGIAIn condizioni di omeotermia l'energia prodotta da un individuo deve essere pari all'energia scambiata con l'ambiente sotto forma di calore o lavoro; trascurando il termine relativo allo scambio conduttivo tra corpo e oggetti in contatto con esso, si può scrivere, riferendosi all'unità di tempo e di superficie corporea:

M-W-E-Cresp-(R+C)=0M la potenza termica associata al metabolismo, W il lavoro meccanico prodotto da un individuo nell'unità di tempo riferito all'unità di superficie corporea [W/m2];E il flusso termico ceduto dal corpo per evaporazione cutanea [W/m2];Cresp il flusso termico ceduto dal corpo attraverso la respirazione [W/m2];R,C i flussi termici ceduti o ricevuti dal corpo per radiazione e convezione [W/m2].

La differenza (M-W) rappresenta quella parte di carico metabolico che non si trasforma in lavoro esterno e che quindi deve ritrovarsi come scambio di energia termica con l’ambiente o come variazione di energia interna del corpo. Il valore di W risulta molto piccolo rispetto a quello di M (è praticamente nullo nel caso di attività sedentarie), e quindi viene completamente trascurato nella espressione precedente.

9Il benessere termoigrometrico

PUNTO ENERGIALa traspirazione consiste in un fenomeno di diffusione del vapor d’acqua attraverso la pelle verso l’ambiente, e tale fenomeno si considera anche in condizioni di riposo assoluto indipendentemente dal sistema di termoregolazione.

temperatura della pelle,temperatura dell’aria ambiente,pressione parziale del vapor d’acqua nell’aria.

La sudorazione consiste nella secrezione da parte delle ghiandole sudoripare, controllate dall’ipotalamo, di una soluzione acquosa di cloruro di sodio (il sudore) che, attraverso i pori, raggiunge la superficie esterna della pelle. temperatura della pelle.

temperatura e umidità relativa dell’aria,velocità relativa corpo-aria,percentuale di pelle bagnata dal sudore,permeabilità al vapore dell’abbigliamento.

10Evaporazione cutanea

PUNTO ENERGIA

L’aria inspirata scambia calore e vapor d’acqua con le mucose del tratto respiratorio; negli alveoli polmonari si trova satura di vapor d’acqua e ad una temperatura praticamente uguale a quello della temperatura interna.

Quando viene espirata, essa possiede una entalpia e un titolo maggiori rispetto al momento dell’inspirazione (condizioni ambientali).

La potenza termica connessa alla respirazione è la somma di due aliquote: carico latente e quella corrispondente al carico sensibile immesso in ambiente.

metabolismo energetico, ossia attività svolta dall’individuo,grado igrometrico dell’aria,temperatura dell’aria.

11Respirazione

PUNTO ENERGIALa potenza termica che il corpo umano scambia per convezione con l’ambiente, C, può essere espressa con la relazione:

C = fcl hc Ab (tcl - ta)

fcl = coefficiente di area dell’abbigliamento, adimensionale (il pedice cl sta per cloth, vestito);hc = conduttanza termica convettiva unitaria abiti-aria, W/ m2 K;

tcl = temperatura media della superficie esterna del corpo umano vestito, °C;

ta = temperatura dell’aria ambiente, °C.

Il coefficiente di area dell’abbigliamento è definito come il rapporto tra l’area della superficie del corpo umano vestito, Acl, e nudo, Ab;

si utilizzano generalmente relazioni empiriche che ne forniscono il valore in funzione della resistenza termica dell’abbigliamento.

Per una persona nuda, risulta fcl = 1, e quindi: tcl = tsk.

12Flusso termico disperso per convezione

PUNTO ENERGIAPer il calcolo della conduttanza termica convettiva unitaria abiti-aria si adoperano generalmente le seguenti relazioni: hc=2,38 (tcl-ta)0,25 convezione naturale

hc=12,1 var0,5 convezione forzata

13Flusso termico disperso per convezione

Diagramma per il calcolo della componente della velocitàrelativa dell'aria dovuta all'attività, ( V - V ), in funzione del me-tabolismo energetico, M / A .

ar a

b

b M / A ( W / m )2

( met ) M / A b

ar

V

- Va

( m

/ s

)

50 100 150 200

50

0.2

0.4

0.6

0.8

1.01 2 3 4

var = velocità relativa corpo-aria, m/s,

Nel diagramma è riportato il legame tra tale valore e quello della velocità dell’aria, in funzione del metabolismo (M) e dell’area della superficie del corpo umano (Ab).

PUNTO ENERGIAIl flusso termico che il corpo umano scambia per irraggiamento con l’ambiente circostante può essere valutato con la relazione valida tra due corpi, 1 e 2, con A2>>A1 e il corpo 1 grigio (emissività 1):

Q12 = A11 (T14- T2

4)

Il corpo umano (corpo1), caratterizzato dalla temperatura del vestiario (T1

= Tcl),Le pareti dell’ambiente circostante, con temperatura media radiante (T2 = Tmr), che viene definita come la temperatura di un ambiente fittizio termicamente uniforme che scambierebbe con l’uomo la stessa potenza termica radiante scambiata nell’ambiente reale.La temperatura media radiante, Tmr, è data dalla relazione:

(Tmr+ 273)4 = (Ti + 273)4 Fp-i

Fp-i = fattore di vista tra il soggetto e l’i-esima superficie che lo circonda; Ti = temperatura dell’i-esima superficie isoterma dell’ambiente, K.

14Flusso termico disperso per irraggiamento

PUNTO ENERGIA


b

c cb = 0,6 m

0 2 4 6 8 101 3 5 7 9

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,15

0,13

0,11

0,09

0,07

0,05

0,03

0,01

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,5

2

35

a / c =oocfr.dettaglio

fatt

ore

di v

ista

0,01

0,03

0,05

0,07

0,09

0,11

0,12

0,10

0,08

0,06

0,04

0,02

fatt

ore

di v

ista

b / c

0,2

0,4

0,6

0,8

1,523

a / c = oo

1

b / c

Diagramma per il calcolo del fattore di vista tra una persona seduta e un

rettangolo verticale posto davanti in alto o dietro in basso.

a

a

PUNTO ENERGIA


b

a

b = 0,6 m

0 2 4 6 8 101 3 5 7 9

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,15

0,13

0,11

0,09

0,07

0,05

0,03

0,010,2

0,4

0,6

0,81

1,52

35

a / c =oo

cfr.dettaglio

fatto

re d

i vist

a

0,01

0,03

0,05

0,07

0,09

0,11

0,12

0,10

0,08

0,06

0,04

0,02

fatto

re d

i vist

a

b / c

0,2

0,4

0,60,8

1,52

3a / c = oo

1

b / c

dettaglio

a


rettangolo verticale posto di lato, davanti in alto o dietro in basso.

c

PUNTO ENERGIA



rettangolo verticale posto davanti sul soffitto o dietro sul pavimento.

a

b

c

c = 0,6 m

0 2 4 6 8 101 3 5 7 9

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,15

0,13

0,11

0,09

0,07

0,05

0,03

0,01

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,5

2

3

5

a / c =oocfr.dettaglio

fatto

re d

i vist

a

0,01

0,03

0,05

0,07

0,09

0,11

0,12

0,10

0,08

0,06

0,04

0,02

fatto

re d

i vist

ab / c

0,2

0,4

0,60,8

1,523

a / c = oo

1

b / c

dettaglio

b

a

PUNTO ENERGIA“Stato psicofisico in cui il soggetto esprime soddisfazione nei riguardi del microclima”

“La condizione in cui il soggetto non ha nè sensazione di caldo né sensazione di freddo”

Comfort termico globale se si vuole studiare il comportamento del corpo nella sua interezzaComfort termico locale, o localizzato, se invece si vuole studiare solo il comportamento relativo a determinate zone del corpo.

Perchè ci sia comfort termico globale, una condizione necessaria è che l’energia interna del corpo umano non aumenti né diminuisca. L’equazione di bilancio termico diventa una relazione del tipo:

f (abbigliamento, attività, ta, va, UR, tmr, tsk, E) = 0

che lega tra loro otto variabili: due relative al soggetto (abbigliamento e attività), quattro ambientali (temperatura, velocità e umidità dell’aria e temperatura media radiante) e due fisiologiche (temperatura della pelle e potenza termica dispersa per evaporazione e per sudorazione).

18Il comfort termico

PUNTO ENERGIAPer valutare lo scostamento delle condizioni reali da quelle di comfort termico globale si utilizzano gli indici di discomfort globale, che sono funzione delle variabili non fisiologiche e assumono lo stesso valore per tutte le combinazioni di queste ultime che danno uguali sensazioni termiche.

Gli indici di discomfort globale si dividono in due gruppi: indici di sensazione ed indici di temperatura.

L’indice di sensazione più diffuso è quello detto PMV, che è alla base della norma UNI-EN-ISO 7730 (UNI, 1997), mentre come indice di temperatura è spesso usato la temperatura effettiva ET*, che è alla base della norma ASHRAE 55 (ASHRAE, 1992; ASHRAE, 1995).

Gli indici esprimono comunque solo una risposta media di un gran numero di soggetti, il che significa, per esempio, che per valori dell’indice corrispondenti a condizioni di neutralità termica ci possono comunque essere individui che avvertono invece caldo o freddo.

19Il comfort termico

PUNTO ENERGIAOccorre associare una grandezza psicofisica in modo da poter correlare le sensazioni di caldo, freddo o di neutralità alle variabili fisiche presenti nell'ambiente.

Gli indici PMV e PPD sono stati ricavati da Fanger (1970) sulla base di sperimentazioni condotte in camera climatica su soggetti vestiti allo stesso modo e con le stesse caratteristiche di attività, chiamati ad esprimere un voto sulle condizioni termoigrometriche sulla base della scala a sette valori della tabella seguente.

VOTO SENSAZIONE+3 molto caldo+2 caldo+1 leggermente caldo0 né caldo né freddo-1 leggermente freddo-2 freddo-3 molto freddo

20Gli indici PMV e PPD

PUNTO ENERGIA

L’indice PMV (Predicted Mean Vote) si basa sul fatto che la sensazione di caldo o di freddo provata da un individuo è proporzionale alla differenza tra la quota di energia generata all’interno del corpo umano che si disperde nell’ambiente come energia termica, e l’energia termica che l’individuo disperderebbe se fosse in condizioni di neutralità termica.

Il PMV è il voto che un individuo medio darebbe all’ambiente termico, ovvero la media dei voti espressi da un gran numero di persone poste nelle stesse condizioni.

Si è visto che i voti dei singoli individui presentano una certa dispersione intorno al valore medio. Fanger (1970) ha quindi definito un altro indice, il PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) che rappresenta appunto la percentuale prevista di insoddisfatti.

Per persona insoddisfatta si intende una persona che, soggiornando in un determinato ambiente, esprime un voto di sensazione termica (riferito alla scala psicofisica ASHRAE) pari o superiore a 2 (caldo, molto caldo, freddo, molto freddo).


PUNTO ENERGIAL'indice PPD è stato definito sia per le condizioni termo-igrometriche (correlato con il PMV), sia per le correnti d'aria.


Relazione tra l'indice PMV e la percentuale

100

10

1-2 -1 0 1 2

PPD

( % )

PMV ( - )

di insoddisfatti, PPD.

Curve a PMV = 0,0; + 0,50; - 0,50 per attività leggera, aria stagnantee ambiente termico uniforme, valutate per tre diversi valori del gradoigrometrico. Le curve sono valide per t = t , v = 0,06 m / s, = W = 0, M / A = 70 W / m .

a r a b

2

15 25

0

1

1.5

= 0.30= 0.50= 0.70

( °C )0t

cl( c

lo )

I

PMV = -0.50, = 0, = +0.50

t = ta r

av = 0.06 m / s

= W = 0M / A = 70 W / mb

2

PUNTO ENERGIANella figura che segue sono riportate le curve a temperatura operativa di neutralità termica costante (a t0 costante) in funzione del metabolismo (M) e del vestiario (Ab)


Curve di neutralità termica costante e aree di benessere in funzionedi M / A e di I per = 0.50, = W = 0 e per v = 0 m / s.b

-

-

-

----

0

cl a

0.0 1.0 2.0

1.0

2.0

3.0M

/ A

( m

et )

b

M (

W /

m )2

2I ( m K / W )cl

I ( c lo )cl

150

100

50

0.0 0.2

PUNTO ENERGIA

E’ chiaro però che, anche nel caso in cui i valori medi delle grandezze microclimatiche siano tali da garantire le condizioni di benessere, può succedere che in alcuni punti dell’ambiente tali condizioni non siano rispettate a causa di disuniformità locali.

Disuniformità significative delle grandezze microclimatiche inducono nel soggetto condizioni di disagio.

Una volta assicurate le condizioni di benessere, occorre verificare che tali condizioni siano ancora verificate nel sottosistema ambientale costituito dall’intorno immediato del singolo posto di lavoro.

Le principali cause che provocano disagio locale sono:

disuniformità di temperaturafluttuazioni di velocità dell’aria che provocano differenti condizioni di scambio termico con l’ambiente nelle varie zone del corpo umano

24Indici di disagio locale

PUNTO ENERGIA

Si determinano differenti condizioni di scambio termico tra i piedi e il capo del soggetto; tale situazione è particolarmente fastidiosa quando la temperatura a livello delle caviglie è inferiore a quella del capo. L’indice microclimatico relativo è stato proposto da Fanger ed è rappresentato dalla percentuale prevista di insoddisfatti PPD.

Sia nelle norme UNI- EN-ISO 7730 che nella norma ASHRAE 55/92 viene assunto come limite per l’accettabilità un PPD del 5% al quale corrisponde una differenza di temperatura di 3 °C; differente è il criterio di misura delle temperature, che nel caso della 7730 è riferita a un soggetto seduto, e nel caso delle norme ASHRAE a un soggetto in piedi. La proposta di norma UNI-EN 1752 ritiene accettabile un t pari a 2 °C, 3 °C e 4 °C rispettivamente per i tre livelli di qualità A,B,C.

Il caso di pavimento troppo caldo (o troppo freddo) provoca attraverso lo scambio termico che avviene sulla pianta dei piedi ancora disuniformità di temperatura del corpo del soggetto. L’indice microclimatico è rappresentato dalla percentuale PPD di insoddisfatti proposto da Denmark e Olsen e da Fanger riguardo soggetti scalzi ( si pensi a palestre, spogliatoi, piscine coperte) e con scarpe.

25Indici di disagio localeGradienti verticali di temperatura

PUNTO ENERGIA

26Indici di disagio locale

20

PPD in funzione della temperatura del pavimento (legno)

30 tp ( °C )

100

50

10

5

1

legno

10 min.

1 min.

PPD

( % )

( °C )pt3020

PPD

( %

)

1

5

10

50

100

calcestruzzo

10 min.

PPD in funzione della temperatura del pavimento (cls)

PUNTO ENERGIA

Un raffreddamento indesiderato anche di una piccola parte del corpo dovuto al movimento dell’aria può provocare disagio.

Il problema non è di poco conto, soprattutto in locali condizionati dove non è facile evitare fastidiose correnti d’aria.

Il disagio non è solo funzione del valore medio della velocità dell’aria var, ma anche della temperatura ta e della intensità di turbolenza Tu.

E’ stato sviluppato un modello matematico che, attraverso la campionatura di soggetti, lega la percentuale di insoddisfatti per questo particolare disagio alla velocità media dell’aria ambiente e alla sua temperatura.

27Indici di disagio localeDisuniformità locali della velocità dell’aria

PUNTO ENERGIASono riportate le velocità medie dell’aria permesse per avere una percentuale di insoddisfatti del 15 %, del 20 % e del 25 %.

Si vede dal diagramma che per avere una PPD del 15%, tenuto conto che Tu varia in pratica dal 30% al 60%, il valore limite della velocità media dell’aria dovrebbe essere minore di 0.12 m/s nella stagione invernale e di 0.16 m/s in quella estiva. Poiché la misura di Tu richiede procedure complicate, sovente si assume per Tu il valore di 0,40 che è il valore più probabile in ambienti normalmente climatizzati.

28Indici di disagio localeDisuniformità locali della velocità dell’aria

Valori limite della velocità dell'aria, v , in funzione

( °C )at20 25

0

0.20

0.40

v ( m

/ s )

a

della temperatura dell'aria, t , e dell'intensità di turbolenza, Tu, per DR = 15%.

a

PUNTO ENERGIA

Si verifica in inverno in presenza di grosse superfici vetrate che costituiscono zone più fredde rispetto alle pareti opache; tale situazione comporta una dissimmetria dello scambio radiativo del soggetto;

Altro esempio potrebbe essere quello di un impianto di riscaldamento a soffitto.

Occorre, come è ovvio, considerare l’effetto di: soffitto caldo, parete verticale fredda, soffitto freddo, parete verticale calda.

Sia la UNI- EN-ISO 7730 che la Norma ASHRAE prevedono che la percentuale di insoddisfatti per questo tipo di disagio non superi il 5%.

29

Indici di disagio localeDisuniformità della temperatura delle pareti dell’ambiente

PUNTO ENERGIA

Per attività leggera, quasi sedentaria l’asimmetria media radiante: in direzione orizzontale tpr,h rispetto ad un elementino piano disposto verticalmente (finestre o superfici verticali fredde) deve essere inferiore a 10 °C.in direzione verticale tpr,h rispetto ad un elementino piano disposto orizzontalmente (soffitto riscaldato) deve essere inferiore a 5 – 7 °C.

30Indici di disagio localeDisuniformità della temperatura delle pareti dell’ambiente

pareti verticali e orizzontali calde o fredde.Percentuale di insoddisfatti da asimmetria media radiante, PPD , per

0 10 20

1

5

10

50

100

pr ( °C )

PPD

( %

)r

soffitto caldo parete fredda

soffitto freddo

parete calda

PUNTO ENERGIAConsiderazioni economiche hanno orientato a ritenere accettabili ambienti con un PPD inferiore o uguale al 10%, ovvero con un PMV compreso tra - 0,50 e + 0,50 (UNI, 1997).

L’indice PMV si è molto diffuso negli ultimi dieci anni e, come si è detto, è alla base di normative ISO e UNI; esso comunque risulta soggetto a limitazioni molto ben definite:

I valori di R, C, E, tsk e tcl che si utilizzano per calcolare il valore del PMV non sono quelli effettivi, a meno che non si sia in condizione di benessere (PMV = 0);l’indice è validato solo per i seguenti intervalli, precisati dalla norma:ta : 10 30 °C M/Ab : 0,8 4,0 met

tr : 10 40 °C Icl : 0 2,0 clo

va: 0 1,0 m/s PMV : -2,0 +2,0L’indice è definito per condizioni di regime stazionario; può essere adoperato, con risultati comunque soddisfacenti, anche per lievi variazioni di uno o più parametri, considerando per tali variabili opportune medie temporali.

31

Criteri di accettabilità di un ambiente

PUNTO ENERGIA

Condizioni per il comfort termoigrometrico nella stagione invernale per attività sedentaria (M/Ab 1,2 met) secondo le norme UNI-EN-ISO 7730 (Icl =1,0 clo ) e ASHRAE 55-92 (Icl =0,9 clo ).

32Criteri di accettabilità di un ambiente

Grandezza Condizione PPD

UNI-EN-ISO 7730 ASHRAE 55-92

Dta(vert) (ta=0,1 m- ta=1,1 m) 3°C (ta=0,1 m- ta=1,7 m) 3°C 5

Dtpr Dtpr(h) 10°C

Dtpr(h) 5°C

Dtpr(h) 10°C

Dtpr(h) 5°C

5

tpav 19 tpav 26 °C 18 tpav 29 °C 10

va PPD < 15 PPD < 15 15

PUNTO ENERGIA

Condizioni per il comfort termoigrometrico nella stagione estiva (Icl =0,5 clo ) per attività sedentaria (M/Ab 1,2 met) secondo le norme UNI-EN-ISO 7730 e ASHRAE 55-92.

33

Criteri di accettabilità di un ambiente

Grandezza Condizione PPD

UNI-EN-ISO 7730 ASHRAE 55-92

Dta(vert) (ta=0,1 m- ta=1,1 m) 3°C (ta=0,1 m- ta=1,7 m) 3°C 5

tpav - 18 tpav 29 °C 10

va PPD < 15 PPD < 15 15

PUNTO ENERGIASecondo la Normativa ISO 7730, che recepisce il criterio di qualificazione di un ambiente mediante la percentuale di insoddisfatti, le condizioni di comfort sono :

Inverno (1 clo, 1,2 met)Variabile Condizionetemperatura operativa 20-24°C (con UR=50%)gradiente verticale temperatura aria max 3°C tra 0,1 e 1,1 masimmetria temperatura radiante max 10°C orizzontali max 5°C verticalivelocità dell'aria max 0,15 m/stemperatura pavimento 19-29°C

Estate (0,5 clo, 1,2 met)Variabile Condizionetemperatura operativa 23-26°C (con UR=50%)gradiente verticale temperatura aria max 3°C tra 0,1 e 1,1 mvelocità dell'aria max 0,25 m/s

I valori sopra riportati sono recepiti anche dalla normativa italiana (UNI-CTI 10339, Impianti aeraulici ai fini di benessere. Generalità, classificazione e requisiti. Norme per la richiesta d'offerta, l'offerta, l'ordine, la fornitura).

34Criteri di accettabilità di un ambienteTemperatura dell’aria

PUNTO ENERGIA

L'umidità relativa dell'aria influisce in modo modesto sulla sensazione termica, come può essere verificato dalle espressioni del PMV.

Ad un determinato valore di attività dell'individuo (1,2 met), con un grado di abbigliamento costante (0,5 clo, condizione estiva), per velocità dell'aria pari a 0,15 m/s, ed in condizioni di neutralità termica (PMV = 0), passare da un valore di umidità relativa del 30% ad un valore di umidità relativa del 70% corrisponde, in termini di aumento di temperatura operativa, ad un incremento inferiore a 1°C

- caso estivo per UR= 40% PMV = -0,14 PPD = 5.4%

per UR= 60% PMV = 0 PPD = 5%

- caso invernale per UR= 40% PMV = -0,51 PPD= 10.5%;

per UR= 60% PMV = -0,41 PPD = 8.5%

con una variazione delle persone insoddisfatte praticamente trascurabile.

35Criteri di accettabilità di un ambienteUmidità relativa

PUNTO ENERGIA

Le prescrizioni tecniche assegnano un valore di UR costante tutto l'anno, con tolleranze a volte molto ristrette (UR = 50% +/- 5%).

Sarebbe più opportuno definire due livelli di umidità relativa in base alla stagione (in inverno: 45%, in estate: 55%), con una tolleranza ammessa del 10%.

La prima specifica condurrebbe ad un risparmio globale anche del 15% in termini di energia spesa per il trattamento dell'aria

La seconda (tolleranza sul valore dell'umidità relativa) asseconderebbe l'analisi effettuata che non attribuisce a tale grandezza una influenza decisiva sulla sensazione termica, ma più che altro riflessi di carattere igienico (al di sotto di UR = 30% vengono irritate le mucose con conseguenze dannose sull'organismo, mentre al di sopra di UR = 70-80% viene favorito lo sviluppo di muffe in ambiente).


PUNTO ENERGIA

Dal punto del benessere è accettabile quell'ambiente per il quale si ammettono al massimo un numero di persone insoddisfatte pari al 10% (PMV da -0,5 a +0,5)

Viene individuato sul diagramma, sia per le condizioni estive che per quelle invernali, un campo di benessere assolutamente equivalente nei confronti dell'umidità, che comprende:in inverno, temperature operative che vanno da 19°C circa a 25°C;in estate, temperature operative che vanno da 23°C a 27°C.

Variare l'umidità dell'ambiente interno da 30% a 70% non comporta variazioni delle sensazioni sulle persone se, in inverno, è assicurata una temperatura operativa compresa tra 19 e 25°C e, in estate, se tale temperatura è compresa nella fascia 23-27°C.


18 20 22 24 26 28 30( 1 )

( 0.5 )

0

ICL = 1 clo

1

PMV

0.5

UR = 70 %

UR = 30 % ICL = 0.5 clo

UR = 70 %

UR = 30 %

Influenza dell'umidità relativa sul PMV

temperatura operativa [ °C ]

PUNTO ENERGIA

La velocità dell'aria influisce sullo scambio termico per convezione individuo-ambiente. Inoltre per persone dedite ad attività sedentaria e con parti del corpo scoperte, il moto dell'aria più o meno intenso (correnti d'aria) a causa delle oscillazioni della velocità, può provocare sensazioni fastidiose.

E' possibile calcolare la percentuale prevista di insoddisfatti in funzione dei tre parametri: temperatura dell'aria, velocità dell'aria e indice di turbolenza della corrente d'aria.

Fissato un valore limite per il PPD, è possibile ammettere valori crescenti di velocità dell'aria all'aumentare della sua temperatura.

Ad esempio, fissato un numero limite per la percentuale di insoddisfatti pari al 15% (norma ASHRAE 55-81), si avrebbe un valore di velocità di 0,14 m/s per temperatura dell'aria di 20°C (inverno) e di 0,20 m/s con 25°C (estate).

Si noti, invece, che le norme attuali fissano valori massimi di 0,15 m/s in inverno e 0,25 m/s in estate, con scostamenti non irrilevanti da quanto calcolato.

38Criteri di accettabilità di un ambienteVelocità dell’aria

PUNTO ENERGIA

Nella figura a fianco invece, si riportano i valori di velocità dell’aria necessaria a compensare incrementi di temperatura operativa, dove si vede come la velocità dell’aria aumenta della quantità necessaria a mantenere invariata l’energia termica scambiata attraverso la pelle.

39Criteri di accettabilità di un ambienteVelocità dell’aria

Influenza della velocità dell'aria sul PPD

( indice di turbolenza )= 0.6

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.50

10

20

30

40

50

60

velocità dell'aria [ m / s ]

ta = 20 °C

ta = 22 °C

ta = 24 °C

ta = 26 °C

PPD

[ %

]

PUNTO ENERGIA

Molte sono state le proposte che hanno tentato di fornire una risposta complessiva, in termini delle varie sollecitazioni che provocano variazioni di sensazione da parte di un occupante un ambiente chiuso.

Un tentativo in tale senso, non completamente riuscito soprattutto per la parte riguardante la qualità dell’aria, è contenuto nella proposta di norma CEN prENV 1752.

La norma riguarda gli spazi confinati, di destinazione diversa da quella residenziale, contenenti cause di disturbo di tipo "moderato", ovvero spazi destinati ad attività del terziario, del commercio, del tempo libero, con esclusione degli ambienti industriali ed in generale dei locali ad alta intensità delle sorgenti di calore, di sostanze inquinanti, di rumore.

Si parte dall'idea di soddisfare tre classi di prestazioni che sono tra loro interagenti: il comfort termoigrometrico, la qualità dell'aria, il comfort acustico.

Elemento caratterizzante la norma è la definizione di diversi “livelli di qualità ambientale” (identificati nel testo come categorie A, B e C)

40Un approccio globale per il comfort termico

PUNTO ENERGIAL'approccio più semplice, ma più rigido, al problema della qualità ambientale è dato dalla tabulazione dei Criteri di Progetto.

temperatura operativa estiva ed invernalemassima velocità media dell’arialivello di pressione sonora ponderata Aportata d’aria di ricambio (in L/s per m2 di pavimento) ed eventuale ventilazione supplementare qualora sia consentito fumare

I valori di ricambio d’aria indicati si riferiscono all’impiego di materiali da costruzione con ridotto tasso di emissione di sostanze inquinanti, a valori di occupazione pari a quelli indicati in Tabella, e a un impianto con efficienza di ventilazione unitaria.

La principale osservazione che occorre formulare al riguardo è che i valori consigliati della temperatura operante interna invernale di progetto sono tendenzialmente superiori ai valori consentiti dalla legge 10/91: in molti casi si consiglia infatti una temperatura di 22°C con tolleranze comprese fra 1 e 3 a seconda della categoria selezionata.


PUNTO ENERGIA


Tipo di edificio

negozio

ufficio singolo

open space

s. conferenze

auditorium

ristorante

aule

Attività met

1.2

1.2

1.2

1.2

1.2

1.2

1.6

Occupazionepersona / m2

0.1

0.07

0.5

1.5

0.7

0.5

0.15

Categoria

ABCABCABCABCABCABCABC

Temperaturaoperativa, °C

estate24.5 + 1.024.5 + 1.524.5 + 2.5

---

---24.5 + 1.0

24.5 + 1.524.5 + 2.5

---24.5 + 1.0

24.5 + 1.524.5 + 2.5

---24.5 + 1.0

24.5 + 1.524.5 + 2.5

---24.5 + 1.0

24.5 + 2.024.5 + 2.5

---24.5 + 0.5

24.5 + 1.524.5 + 2.5

---24.5 + 1.0

24.5 + 2.024.5 + 3.0

Temperaturaoperativa, °C

inverno

---22.0 + 1.0

22.0 + 2.022.0 + 3.022.0 + 1.022.0 + 2.022.0 + 3.0

---

22.0 + 1.022.0 + 2.022.0 + 3.0

---

22.0 + 1.022.0 + 2.022.0 + 3.0

---

22.0 + 1.022.0 + 2.522.0 + 3.5

---

22.0 + 1.022.0 + 2.022.0 + 3.0

---

22.0 + 1.522.0 + 3.022.0 + 4.0

---

Velocità aria

m/s estate

Velocità aria

m/s inverno

Livello dipressione

dB (A)

Portata diventilazione

L/( sm )2

Ventilazionesupplementare

fumatori L/( sm )2

0.180.220.250.180.220.250.180.220.250.180.220.250.180.220.250.180.220.250.160.200.23

0.150.180.210.150.180.210.150.180.210.150.180.210.150.180.210.150.180.210.130.150.18

303540354045303540303335354550303540404550

2.01.40.81.71.20.76.04.22.416

11.26.48.05.63.26.04.22.44.23.01.6

---

0.70.50.35.03.62.0----

5.02.8------

Criteri di progettazione per ambienti di diverse tipologie di edificio

PUNTO ENERGIALe condizioni di benessere ambientale risentono anche del tempo che un individuo trascorre in un ambiente e che lo porta ad assuefarsi alle condizioni esistenti (adattamento: del comportamento, fisiologico e psicologico).

Le ipotesi adattative prevedono che i fattori contestualmente presenti in un ambiente e la storia termica modificano le preferenze e le aspettative degli occupanti.

Il fatto, per esempio, che le persone in climi freddi preferiscono temperature in ambiente più fredde che le persone che vivono in regioni con climi caldi, non viene contemplato nelle assunzioni stazionarie presenti nella formulazione del PMV della ISO e dell’ASHRAE 55-92.

L’ipotesi di un principio adattativo suggerisce che le condizioni di neutralità termica dovrebbero modificarsi in funzione sia della temperatura (operativa) dell’ambiente interno, che della temperatura esterna.

Il campo delle neutralità termiche medie varia tra 21-25°C negli edifici condizionati, mentre tale campo si allarga fino a 20-27 negli edifici a ventilazione naturale.

43Neutralità di sensazione termica, accettabilità e preferenza

PUNTO ENERGIAIl confronto tra l’approccio adattativo e statico (PMV) mostra alcuni spunti di grande interesse, nei due casi di edifici climatizzati o ventilati naturalmente. Per edifici climatizzati, la temperatura di comfort termico nel modello statico ha solo una piccola variazione rispetto a quella ricavata con approccio adattativo (meno di 2 °C) su un vasto campo di temperature esterne (da –5 a 35 °C).Per un edificio ventilato naturalmente: le differenze sono anche di 20 °C negli estremi climatici (temperatura esterna di 5°C o di 35°C), con un uguaglianza solo intorno ad una temperatura esterna di 20°C.

44Neutralità di sensazione termica, accettabilità e preferenza

-5 0 5 10 15 20 25 30 3520

21

22

23

24

25

26

27

temperatura esterna media ( °C )

Edificio con impianto di climatizzazione

modello dinamicomodello statico modello statico

modello dinamico

Edificio con ventilazione naturale

27

26

25

24

23

22

21

2035302520151050-5

temperatura esterna media ( °C )

PUNTO ENERGIA IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO Livio de Santoli, Francesco Mancini Università “La...

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