Riferimenti normativi inerenti il benessereRiferimenti...

Università degli Studi di FirenzeUniversità degli Studi di Firenze

Dipartimento di Tecnologie e Design “Pierluigi Spadolini”Dipartimento di Tecnologie e Design “Pierluigi Spadolini”

Il benessere Il benessere termoigrometricotermoigrometrico negli edificinegli edificiSi S hiSi S hiSimone SecchiSimone Secchi

Riferimenti normativi inerenti il benessereRiferimenti normativi inerenti il benessereRiferimenti normativi inerenti il benessereRiferimenti normativi inerenti il benessere

D.P.R 303/56 Norme per l’igiene nei luoghi di lavoro

D.L.vo 626/94 Miglioramento della sicurezza e salute negli ambienti di lavoro

UNI EN ISO 7730 Ambienti termici moderati - Determinazione degli indici PMV e PPD e specifica delle condizioni di benessere termico

ISO 9920 Stima dell’isolamento termico e della resistenza evaporativa dell’abbigliamento

UNI EN 27726 Ambienti termici. Strumenti e metodi per la misura delle grandezze fisicheg

UNI EN 28996 Determinazione del dispendio energetico

Prof. Simone Secchi: Il benessere termoigrometrico negli edifici – corso di Fisica tecnica Ambientale

Il Decreto Legislativo 626/94Il Decreto Legislativo 626/94sicurezza e salute negli ambienti di lavorosicurezza e salute negli ambienti di lavorosicurezza e salute negli ambienti di lavorosicurezza e salute negli ambienti di lavoro

Titolo II - Disposizioni Particolari

La temperatura dei locali di lavoro e riposo deve esseredeve essereLa temperatura dei locali di lavoro e riposo deve essere deve essere adeguata all’organismo umanoadeguata all’organismo umano durante il tempo di lavoro e riposolavoro e riposo.

Nel giudizio sulla adeguatezza si deve tener conto dell’influenza esercitata dal grado di umidità e dalla dell’influenza esercitata dal grado di umidità e dalla velocità dell’ariavelocità dell’aria..


La qualità dell’abitareLa qualità dell’abitare

è espressa dalè espressa dal

benessere benessere termoigrometricotermoigrometrico

degli individui ottenutodegli individui ottenuto

senza sprechi energeticisenza sprechi energeticisenza sprechi energeticisenza sprechi energetici


La definizione di benessereLa definizione di benessere

Possiamo affermare che un ambiente si trova in condizioni termicamente

confortevoli quando una elevata percentuale di persone poste all’interno

dello stesso soggette ad analoghe condizioni di vestiario ed attivitàdello stesso, soggette ad analoghe condizioni di vestiario ed attività

fisica,

non è in grado di dire se preferirebbe una temperatura più

lt iù b di hi d i i di i li it talta o più bassa dichiarandosi quindi implicitamente

soddisfatta


L’autoregolazione della temperatura

I naturali meccanismi fisiologici di autoregolazione dellatemperatura corporea tendono a mantenere il nucleo interno delcorpo umano a temperatura all’incirca costante (37°C);corpo umano a temperatura all incirca costante (37 C);man mano che le condizioni ambientali si fanno progressivamente piùestreme si registra :

con aumento della temperatura• vasodilatazione con incremento della conducibilità termica della pelle e dello smaltimentodi l i t d ldi calore proveniente dal corpo umano;

• incremento progressivo della sudorazione ;

• riduzione dell’attitudine all’attività fisica (riduzione del calore corporeo Q) .

con diminuzione della temperatura• vasocostrizione con riduzione della conducibilità termica della pelle ;p ;

• aumento della tensione muscolare (aumento di Q) ;

• comparsa di brividi e battito di denti (ulteriore aumento di Q) con assunzione di posizionicorporee contratte al fine di ridurre gli scambi termici


corporee contratte al fine di ridurre gli scambi termici .

I parametri influenzanti il benessere

L’esperienza indica che la sensazione termica dell'uomo èlegata soprattutto al bilancio di energia termica del corpoumano visto nel suo complesso.

T l bil i è i fl t d ll' tti ità fi iTale bilancio è influenzato dall'attività fisica e dall'abbigliamento (Parametri riferiti alla persona), oltre che dai seguenti parametri ambientali:che dai seguenti parametri ambientali:

temperatura dell'aria, p ,

temperatura media radiante,

velocità dell’ariavelocità dell aria,

ed in minor misura umidità dell'aria.


I parametri ambientalip

• l’umidità relativa,l’umidità relativa, o grado igrometrico ϕ, che deve essere

30 70%generalmente compreso tra il 30÷70% con tolleranza max. ± 10 %;

infatti per valori inferiori al 30% si seccano le mucose mentre per valori

superiori al 70% possono verificarsi con maggiore probabilità fenomeni disuperiori al 70% possono verificarsi con maggiore probabilità fenomeni di

condensazione su zone fredde con sviluppi di muffe, danneggiamenti

degli intonaci e possibili sviluppi di allergie per gli occupanti;g p pp g p g p ;

• la temperatura dell’aria θi (°C),

θ• la temperatura media radiante θmr (°C), tale temperatura è rilevata

comunemente con un globotermometro;

• la temperatura operativa θo (°C),

• la velocità relativa dell’aria v (m/s) nei confronti del soggetto


• la velocità relativa dell aria vr (m/s) nei confronti del soggetto.

Parametri termici particolarmente importantiParametri termici particolarmente importanti

• la temperatura dell’ariatemperatura dell’aria θθii : la temperatura dell’aria, rilevata al centro del

locale per mezzo di un termometro a bulbo secco;

• la temperatura media radiantetemperatura media radiante θθmrmr , è definita come la temperatura uniforme pp mrmr p

ideale di una cavità nera in cui un soggetto scambierebbe la stessa quantità di calore per irraggiamento che scambia nell’ambiente reale in cui si trova; tale temperatura è rilevata comunemente con un globotermometro;rilevata comunemente con un globotermometro;

• la temperatura operativatemperatura operativa θθoo = (hr θmr + hc θi)/( hr + hc) è definita come

la temperatura uniforme dell’aria e delle pareti di un ipotetico ambiente, con il quale il corpo umano scambia la medesima potenza termica per radiazione e convezione scambiata con l’ambiente reale; per valori contenuti della velocità relativa o per

differenze non elevate tra θmr e θi , può essere determinata mediante la seguente

relazione : θo = (θi + θmr)/2


o i mr

I parametri riferiti alla personaIl t b li M

Il t b li (M) i l’ i d tt d ll’ i

Il metabolismo M

Il metabolismo (M) esprime l’energia prodotta dall’organismo umanonell’unità di tempo che è convertita parzialmente in lavoro meccanico Lscambiato con l’esterno e principalmente in calore corporeo Q :

M = L + Q MET (1 MET = 58,2 W/m² metabolismo in condizioni di riposo);

il corpo umano è una macchina termica il cui rendimento ε nel produrre lavoroil corpo umano è una macchina termica, il cui rendimento εb nel produrre lavoroL è:

εb = L /Mb

εb varia generalmente da 0 a circa 0.2 ( ad esempio quando si sale le scale)

Pertanto nella maggior parte dei casi in ambito residenziale e terziario L è quasisempre nullo o trascurabile.


Tabella dei valori metaboliciTabella dei valori metabolici


Resistenza termica del vestiario Iclla resistenza termica degli indumenti è indicata con Ila resistenza termica degli indumenti è indicata con IclL’ unità di misura è il CLO (1CLO = 0,155 m²K/W);

L’unità corrisponde alla resistenza termica di un abito europeo di mezza stagione.

Per esperienza diretta sappiamo che tale parametro è estremamente importante ai fini del benessere.

Tuttavia è difficile definire in modo rigoroso l’abbigliamento delle persone. Per questo i valori in questione si trovano tabulati per numerose combinazioni di vestiario e per capi singoli.p p g


Valori della resistenza termica del vestiario Icl

RESISTENZA TERMICA DI ALCUNE COMBINAZIONI TIPICHE DI CAPI RESISTENZA TERMICA DI ALCUNE COMBINAZIONI TIPICHE DI CAPI DI ABBIGLIAMENTODI ABBIGLIAMENTO


Valori della resistenza termica del vestiario Icl

RESISTENZA TERMICA DI ALCUNE COMBINAZIONI TIPICHE DI CAPI RESISTENZA TERMICA DI ALCUNE COMBINAZIONI TIPICHE DI CAPI DI ABBIGLIAMENTODI ABBIGLIAMENTO


La norma UNI EN ISO 7730/1996

Ambienti termici moderati

Determinazione degli indici PMV e PPDDeterminazione degli indici PMV e PPDe specifica

delle condizioni di benessere termicodelle condizioni di benessere termico


Il bilancio termico del corpo umanoIl bilancio termico del corpo umano

S = MS = M EE RR (R + C) (W/m²)(R + C) (W/m²)

pp

S = M S = M -- E E -- RReses –– (R + C) (W/m²)(R + C) (W/m²)

S = potenza termica ceduta o acquistata dal corpo;

E = potenza termica scambiata per evaporazione (calorelatente););

Res = calore sensibile ceduto per respirazione;

R = potenza termica scambiata per irraggiamento;

C = potenza termica scambiata per convezione.C pote a te ca sca b ata pe co e o e


Le condizioni del benessere

quandoquando SS >> 00 lala temperaturatemperatura deldel corpocorpo tendetende adad

aumentareaumentare

quando S < 0 la temperatura del corpo tende a

decresceredecrescere

quandoquando SS == 00 siamo in presenza di equilibrio termico e

quindi di potenzialepotenziale benesserebenessere, condizione necessaria ma

non sufficiente a causa dei meccanismi di autoregolazionenon sufficiente a causa dei meccanismi di autoregolazione

della temperatura corporea.


Lo scambio termico radiativo (R)

R = Aeff ⋅ hr (θcl - θmr) (w)eff r cl mr

Dove:

A fi i h ff tti t d l’ bi t ( ²)Aeff = superficie che effettivamente vede l’ambiente (m²)

hr coefficiente di scambio termico radiativo tra due corpi unoi t ll’ ltinterno all’altro:

hr = 4 ε ⋅ 5.67⋅10 –8 [(θcl + 273) + (θmr + 273)/2]3r [( cl ) ( mr ) ]

dove ε = 0,975 emissività del corpo umano (media tra pelle = 1

e vestiti = 0,95)

θ t t fi i l d l ti i


θcl = temperatura superficiale del vestiario

Alcune considerazioniAlcune considerazioniA parità di temperatura operativa θo = (θi + θmr)/2 una temperatura media

radiante più elevata consente di mantenere la temperatura dell’aria più bassa,

t i i ticon conseguente risparmio energetico.

Una temperatura media radiante più elevata è ottenibile con:

superfici radianti estese aventi temperature superiori all’aria;superfici radianti estese aventi temperature superiori all’aria;

a parità di temperatura superficialea parità di temperatura superficiale la temperatura media radiante è più più

elevata per le superfici che la personaelevata per le superfici che la persona vedevede megliomeglio ovvero con un più alto

fattore angolare;fattore angolare;

entrambe le situazioni suddette sono ottenibili facilmente con pannelli sono ottenibili facilmente con pannelli

di tidi tiradianti;radianti;

a parità di rapporti geometrici, i pannelli radianti aventi migliori fattori di vista , i pannelli radianti aventi migliori fattori di vista


sono nell’ordine quelli posti a parete e a pavimento.sono nell’ordine quelli posti a parete e a pavimento.

Lo scambio termico convettivo (C)Lo scambio termico convettivo (C)

La potenza termica scambiata per convezione dipende da:p p p

temperatura superficiale del vestiario;temperatura superficiale del vestiario;

temperatura dell’aria;temperatura dell’aria;

velocità relativa soggettovelocità relativa soggetto--aria (nulla per convezione aria (nulla per convezione

naturale);naturale);naturale);naturale);

aabbigliamentobbigliamento..


Lo scambio termico evaporativo (E)( l l )(calore latente)

E = EE = Ed d + + EEswsw++ EEresres (W/(W/m²m²))

Dove:

EEdd potenza termica dispersa per diffusione

EEswsw potenza termica dispersa per sudorazione

EEresres potenza termica dispersa per respirazione


La potenza termica dispersa per respirazione calore latente + calore sensibile E + Rcalore latente + calore sensibile Eres + Res

L’aria inspirata scambia calore e vapor d’acqua con leL aria inspirata scambia calore e vapor d acqua con lemucose del tratto respiratorio raggiungendo all’internodegli alveoli polmonari le condizioni di temperatura edegli alveoli polmonari le condizioni di temperatura esaturazione propri del nucleo corporeo e pertantoquando viene espirata ha una entalpia e titolo superiori aquando viene espirata ha una entalpia e titolo superiori aquelle dell’aria ambiente.

In pratica è funzione dell’attività metabolica e dellecondizioni termoigrometriche dell’aria ambientecondizioni termoigrometriche dell aria ambiente


L’influenza degli scambi termici convettivi e radiativiconvettivi e radiativi

In regimeregime invernaleinvernale (20 °C), per attività moderata (M ≅ 1,2 met), la cessione delcalore per convezioneconvezione CC ed irraggiamentoirraggiamento RR rappresenta circa il 70÷80% di M .

In regimeregime estivoestivo (27 °C) l’evaporazione eguaglia le altre modalità di scambiotermico, mentre per valori sensibilmente superiori diventa dominante

NB. grafico riferito ad NB. grafico riferito ad gguna superficie corporea una superficie corporea di circa 1,8 m²di circa 1,8 m²


La teoria di Fanger sul benessere termoigrometricotermoigrometrico

LL ii didi ldld didi f ddf dd èè i li lLaLa sensazionesensazione didi caldocaldo oo didi freddofreddo,, èè proporzionaleproporzionale

alal caricocarico termicotermico S’S’ definitodefinito comecome differenzadifferenza tratra ilil

calorecalore QQ generatogenerato daldal corpocorpo umanoumano ee l’energial’energia

termicatermica dispersadispersa qualoraqualora l’individuol’individuo sisi trovassetrovasse inin

condizionicondizioni didi benesserebenessere..

S’S’ == QQ -- EE -- RReses -- RR –– CC QQ ≈≈ MM


L’indice globale di benessere termico PMVL’indice globale di benessere termico PMV(UNI(UNI--ENEN--ISO 7730/1996B)ISO 7730/1996B)(( ))

La sensazione termica è espressa con un voto numerico in una scala di 7 valori

il PMV riportato nella scala psico-fisica suddetta esprime pertanto lasensazione termica che verrà avvertita in quel dato ambiente da un “individuoqdotato di media sensibilità” .

IlIl limitelimite didi accettabilitàaccettabilità èè compresocompreso tratra –– 00,,55 << PMVPMV << 00,,55


pp ,, ,,

Percentuale prevista diPercentuale prevista di insoddisfatti (PPD) insoddisfatti (PPD)

in funzione del voto medio previsto (PMV)in funzione del voto medio previsto (PMV)

Il Li it di tt bilità è i l 10% d li i di id iIl Li it di tt bilità è i l 10% d li i di id i

PPD

Il Limite di accettabilità è pari al 10% degli individuiIl Limite di accettabilità è pari al 10% degli individui

MassimoMassimo


PMV

Il campo di validità di PMVL’indice PMV è stato elaborato per situazioni stazionarie ed ambientitermicamente moderati (quindi con valori compresi tra –2 e + 2); può essereutilizzato anche per condizioni che comportano variazioni nel tempo deiutilizzato anche per condizioni che comportano variazioni nel tempo deiparametri purché abbastanza contenute e si usino valori medi; la metodologiaesposta è valida nel seguente campo di valori :

M 0 8 4 tM = 0.8 - 4 met

Icl = 0.0 - 2 clo

θi = 10 - 30 °C

θ = 10 40 °Cθmr = 10 - 40 °C

vr = 0.0 - 1 m/s

pv = 0.0 - 2700 Pa

II alorialori didi PMVPMV sisi tro anotro ano peraltroperaltro tab latitab lati perper lele sit a ionisit a ioni piùpiù com nicom ni


II valorivalori didi PMVPMV sisi trovanotrovano peraltroperaltro tabulatitabulati perper lele situazionisituazioni piùpiù comunicomuni

Temperatura ottimale θo (PMV= 0) in funzione dell’attività e dell’abbigliamento (Norma EN-ISO 7730/97)dell attività e dell abbigliamento (Norma EN ISO 7730/97)


Le condizioni di benessere in invernoLe condizioni di benessere in inverno


Le condizioni di benessere in estateLe condizioni di benessere in estate


Condizioni di benessere invernali PPD 20% θ θ M 1 2 0 15 / I 0 9 lper θ0 = θa M < 1,2 met e vr < 0,15 m/s Icl = 0,9 clo


Condizioni di benessere estive PPD 20%per θ = θ M < 1 2 met e v < 0 15 m/s I = 0 5 cloper θ0 = θa M < 1,2 met e vr < 0,15 m/s Icl = 0,5 clo


VALORI PRECALCOLATIVALORI PRECALCOLATI di PMVdi PMV per M = 69,6 W/m² (1,2 met) in funzione della temperatura operativa, dell’abbigliamento e della velocità dell’aria


Prof.Gianfranco Cellai

Valori precalcolati di PMV per M = 69,6 W/m² (1,2 met)


Valori precalcolati di PMV per M = 58 W/m² (1,0 met)


Valori precalcolati di PMV per M = 58 W/m² (1,0 met)




Valori precalcolati di PMV per M = 116 W/m² (2 met)


Valori precalcolati di PMV per M = 116 W/m² (2 met)


Il discomfort locale

L di i di 0 5 < PMV < 0 5 è ffi i t tiLa condizione di - 0,5 < PMV < 0,5 non è sufficiente a garantirel’accettabilità di un ambiente dal punto di vista termico:

i f i i i i i di àpossono infatti presentarsi situazioni di disuniformità della temperaturainterna causa di discomfort localizzato.

Il parametro che esprime questa asimmetria, ΔΔttprpr, viene definito come ladifferenza tra le temperature piane radianti delle facce di una piastrinap p pverticale o orizzontale, posta opportunamente nel locale.

Indicativamente la temperatura rilevata su ogni faccia della piastrina è laIndicativamente la temperatura rilevata su ogni faccia della piastrina è latemperatura media radiante del semispazio di ambiente che la fronteggia.


I fattori che provocano discomfort locale

Tra le cause più diffuse di malessere si annoverano :

presenza di ampie superfici particolarmente fredde ( ad es pareti vetrate o• presenza di ampie superfici particolarmente fredde ( ad es. pareti vetrate opareti non isolate ) che possono causare scambi termici radiativi anomali traalcune parti del corpo umano e le superfici suddette (si raccomanda dimantenere l’asimmetria della temperatura radiante < 10°C per le superficimantenere l asimmetria della temperatura radiante < 10 C per le superficiverticali , e < 5°C per i soffitti);

• contatto con superfici eccessivamente fredde o calde ; ad esempio pavimenti• contatto con superfici eccessivamente fredde o calde ; ad esempio pavimentinon isolati su porticati ecc. (si raccomandano temperature superficialicomprese tra 19 e 26°C);

• presenza di correnti d’aria fredda (spifferi) che su alcune zone del corpo, adesempio la nuca, possono risultare particolarmente fastidiose ( siraccomanda una velocità relativa dell’aria < 0,25 m/s);

• gradienti di temperatura all’interno dello stesso locale (si raccomanda unadifferenza verticale di temperatura < 3°C)


LIVELLI DI PRESTAZIONE SECONDO LA UNI EN ISO 7730 INDICE DESCRIZIONE UNITA’

DI MISURA

VALORI RACCOMANDATI per attività leggera

VALORI RACCOMANDATI per attività leggera p gg

(sedentaria) in CONDIZIONI INVERNALI

p gg(sedentaria) in

CONDIZIONI ESTIVE

PMV voto medio previsto

- -0,5<PMV<0,5 -0,5<PMV<0,5 previsto

PPD percentuale di insoddisfatti

% PPD<10% PPD<10% PPD<10%

D.R. Percentuale insoddisfatti

% D.R.<15% D.R.<15%

dovuta a correnti d’aria

U.R. umidità relativa % 30%<U.R.<70% 30%<U.R.<70%

θo temperatura operativa

22 ± 2°C 24,5 ± 1,5°C operativa

Δt1,1-0,1 differenza verticale di temperatura dell’aria fra 1,1 m

0 1

°C Δt1,1-0,1<3°C

Δt1,1-0,1<3°C

e 0,1 m

θp temperatura superficiale del pavimento

°C 19°C<θp>26°C

-

Δtprv asimmetria della °C Δtprv temp. radiante dovuta a finestre o altre sup. fredde

Δtprv <10°C -

Δtrpro asimmetria della temp radiante

°C Δtr <5°C

-


temp. radiante dovuta a soffitto caldo (riscaldato)

Δtrpro<5 C -

Resistenza termica ottimale degli abiti in funzione della temperatura operativa (da 0 2 a 1 2 clo)della temperatura operativa (da 0,2 a 1,2 clo)


Velocità media dell’aria ammissibile in funzione della temperatura e dell’intensità di turbolenza Tudella temperatura e dell intensità di turbolenza Tu

In mancanza di indicazioni si assume Tu = 40%

Draft RiskM = 1,2 met


Relazione tra asimmetria della temperatura radiante Δtpr e PPI per diverse superfici calde e freddePPI per diverse superfici calde e fredde

MassimoMassimo

6 12 > 2617


Relazione tra la temperatura del pavimento e PPI

MassimoMassimo

18 28


Relazione tra la differenza temperatura testa caviglie e PPItesta-caviglie e PPI

M iM iMassimoMassimo

3,5


Condizioni limite della differenza di temperatura Condizioni limite della differenza di temperatura soffittosoffitto--aria in funzione dell’altezza H del localearia in funzione dell’altezza H del localesoffittosoffitto--aria in funzione dell altezza H del localearia in funzione dell altezza H del locale


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