La diffusione dell'aria e il comfort della persona

09/06/2022 4906

È importante sottolineare che la conoscenza dei principi relativi alla diffusione dell’aria in ambienti confinati ed in particolare la corretta scelta degli apparecchi di diffusione dell’aria, risultano di fondamentale importanza per l’ottenimento del benessere dell’individuo.


Benessere termoigrometrico e comfort termico

Il corpo umano può essere considerato come un sistema termodinamico che scambia calore con l’ambiente circostante.

L’energia chimica assunta tramite l’alimentazione viene spesa in:

  • potenza termica scambiata con l’esterno;
  • potenza meccanica sviluppata;
  • energia accumulata nel corpo, che si esprime in un accumulo di grassi e in una variazione di energia interna, che si manifesta attraverso una variazione della temperatura media.

L’energia consumata dal corpo (flusso metabolico) per alimentare le attività vitali (processi base come la respirazione, circolazione sanguigna, ecc. ma anche attività intellettuali e attività fisiche) corrisponderà alla potenza meccanica sviluppata più la potenza termica scambiata con l’esterno.

Ciò fa capire che la sensazione di benessere cambia da individuo a individuo e non esiste un’unica condizione che soddisfi ogni persona

Lo scopo principale degli impianti di climatizzazione è di assicurare agli occupanti degli ambienti confinati il massimo benessere in termini di temperatura, umidità e qualità dell’aria, così come sono state definite in fase progettuale.

Pertanto, il benessere risulta essere influenzato:

  • dalla condizione di equilibrio termoigrometrico tra occupante e ambiente; in altre parole, una condizione in cui non si rileva alcuna sensazione né di caldo né di freddo, dovute alla temperatura/umidità e/o allo stato di movimentazione dell’aria;
  • dal livello di qualità dell’aria interna (IAQ – Indoor Air Quality), che dipende dalla composizione dell’aria con particolare riferimento alla concentrazione di sostanze inquinanti (in termini di inquinanti gassosi e particolato) e in termini di umidità.

La sensibilità degli occupanti varia in funzione di parametri quali stato di salute, stato d’ansia, livello di sensibilità epidermica, che non sono definibili numericamente.

Si può, pertanto, definire il comfort come uno stato mentale per cui un soggetto esprime soddisfazione per le condizioni microclimatiche che lo circondano.

Tale stato dipende da diversi fattori, quali:

  • metabolismo 
  • vestiario
  • età
  • sesso
  • attività in corso di svolgimento
  • temperatura media ambiente.

La sensazione di comfort è favorita dal contemporaneo verificarsi delle condizioni di benessere termoigrometrico e di qualità dell’aria interna e si può certamente affermare che dipende fortemente da un’accurata scelta: 

  • del sistema di diffusione dell’aria
  • della tipologia degli apparecchi di diffusione, della loro posizione di installazione rispetto alla localizzazione di progetto e/o supposta degli occupanti e degli arredi;
  • del grado di efficienza dei sistemi di filtrazione dell’aria.

 

Indici di benessere

Quando si parla di comfort, s’intende una particolare condizione, individuata da parametri empirici caratteristici, che soddisfa un’elevata percentuale degli occupanti l’ambiente oggetto di studio.

La normativa di riferimento per il comfort è la UNI EN ISO 7730, basata, a sua volta, sul modello di comfort termico di Fanger. In tale formulazione, si esprimono le condizioni reali rispetto alla condizione di comfort tramite indici specifici di comfort globale, che esprimono la sensazione media di soggetti occupanti la zona oggetto di studio. 

Gli indici usati sono il PMV e il PPD.

 

Gli indici PMV e il PPD

Il PMV (Predicted Mean Value, voto medio previsto) rappresenta la media dei voti espressa da 1300 soggetti sull’opinione soggettiva relativa alla sensazione termica provata in un fissato ambiente.

Tale sensazione è espressa tramite la seguente tabella. 

diffusione-aria-guerra-1.JPG

Questa tabella esprime le esperienze condotte da Fanger in camera climatica, che hanno permesso di correlare il valore di PMV ai 6 principali parametri che entrano in gioco per la definizione di comfort:

  • livello di attività
  • resistenza termica del vestiario
  • temperatura dell’aria
  • temperatura media radiante
  • umidità dell’aria
  • velocità dell’aria.

Particolare rilievo assumono i parametri relativi al livello di attività ed alla resistenza termica del vestiario, che vengono espressi sia in forma analitica che tabellare.

Per quanto concerne il livello di attività, si fa riferimento al Met.

Si definisce 1 Met il flusso metabolico (ovvero lo sforzo fisico riferito all’unità di superficie corporea) di un individuo sveglio e a riposo.

1 Met = 50 kcal/hm2 =58 W/m2 


Il Met è l’unità di misura usata specificatamente per esprimere il consumo di energia per unità di superficie da parte di un individuo durante una specifica attività. 1 Met esprime anche il consumo di 3,2 ml/(kg*min)  di O2.

Per quanto concerne la resistenza termica del vestiario, si fa riferimento al clo.

Il clo è l’unità di misura della resistenza termica degli indumenti e vale la relazione:

1 clo = 0.155  (m2 K)/W

Poiché si è certi che non tutte le persone reagiscono allo stesso modo alle stesse condizioni ambientali, a parità di PMV, non tutti gli individui avvertiranno la medesima sensazione termica. 

Nella norma UNI 7730 si correla il PMV al PPD, ovvero alla percentuale di individui insoddisfatti. 

Il PPD rappresenta, in percentuale, gli individui che potenzialmente si lamenteranno delle condizioni ambientali indotte dallo specifico impianto. La curva è simmetrica.

 Correlazione tra PMV e PPD

Figura 1 – Correlazione tra PMV e PPD.

 

Per PMV=0 si ha PPD=5%. Il migliore risultato che si può ottenere realizzando un impianto di climatizzazione è che solo il 5% delle persone sia insoddisfatto delle condizioni ambientali. Non si potrà mai avere il 100% di soddisfazione. Piccole deviazioni dal punto ottimale (PMV=0) comportano un vigoroso aumento del numero di insoddisfatti.

Gli indici PMV e PPD descrivono una situazione generale dell’ambiente oggetto di studio ma le singole persone possono provare disagio anche per singole parti del corpo, ad esempio in presenza di correnti fredde sul collo o pavimenti troppo freddi/caldi per i piedi.

La finalità principale di un sistema di diffusione dell’aria è quella di garantire che le modalità di ottenimento delle condizioni desiderate in uno specifico volume all’interno dell’ambiente servito siano tali da massimizzare gli effetti dell’impianto di climatizzazione, senza introdurre situazioni localizzate non previste o non volute.

Nella norma UNI 7730 vengono definiti anche i principali parametri di discomfort locale:

  • la temperatura del pavimento;
  • il livello di turbolenza;
  • la temperatura media radiante.

La temperatura del pavimento influenza la sensazione di discomfort provata attraverso i piedi.

Bisogna porre particolare attenzione ad essa nel caso di riscaldamento a pavimento: se gli occupanti sono senza calzature, la temperatura non deve superare i 29°C, altrimenti si potrebbe verificare il blocco della circolazione sanguigna negli arti inferiori.

Il livello di turbolenza Tu delle correnti d’aria all’interno della zona occupata si esprime come:

Tu = |SD|/va 

dove:

  • |SD| è la deviazione standard dal valore medio della velocità dell’aria, ovvero è la misura media dell’oscillazione rispetto al valore medio di velocità;
  • va è la velocità media dell’aria.

Si definisce “Draught RateDR la percentuale di soggetti insoddisfatti per correnti d’aria, che dipende anche dal valore della temperatura dell’aria in ambiente ta.

DR=(34-ta )*(va-0,05)0.62*(0,32va Tu+3.14)

 

La normativa suggerisce i valori massimi della velocità dell’aria va all’interno della zona occupata:

  • in inverno pari a 0,15 m/s;
  • in estate pari a 0,25 m/s.

Da esperienze pratiche, in fase di raffrescamento si consiglia di mantenere il valore di progetto di va ≤ 0,2 m/s per evitare l’insorgere di eventuali disagi causati dalla sudorazione aumentata e dal ridotto vestiario.

La temperatura media radiante Tmr può essere definita come la temperatura di un ambiente fittizio e termicamente uniforme, nel quale un individuo scambierebbe, per irraggiamento, la stessa potenza termica radiante scambiata nell’ambiente reale. La Tmr può essere misurata con un globotermometro.

Questo strumento è costituito da un globo nero di diametro pari a 15 cm e spessore di 0,2 mm, al cui interno è posta una termocoppia la cui misura è definita temperatura operativa To. Note la temperatura dell’aria Ta e la velocità dell’aria va nell’ambiente in cui è posto il globotermometro, si ricava la Tmr:

Tmr = To+0.24*√(va )*(To- Ta)

La Tmr così ottenuta è una stima della temperatura media radiante delle superfici dell’ambiente.

Si può certamente affermare che l’asimmetria radiante generi una forte sensazione di discomfort.

...CONTINUA.

L'articolo continua con la definizione delle condizioni di benessere

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