Antonino Galati
ELEMENTI DI CLIMATOLOGIA II - Relazioni -
Anno di realizzazione : 2006 1
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PALERMO FACOLTA’ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA EDILE A.A. 2002-2003
CORSO DI CLIMATOLOGIA DEGLI AMBIENTI COSTRUITI Docente: prof. Salvatore Barbaro
Benessere termoigrometrico negli spazi costruiti Bilancio termico del corpo umano relativo agli ambienti chiusi Per benessere s’ intende lo stato mentale per cui un soggetto può esprimere soddisfazione; dunque studiare gli aspetti che introducono al benessere significa studiare le condizioni relative all’ ambiente esterno, non dimenticando i criteri di adattamento dell’ organismo e le grandezze fisiologiche legate ad esso. Per determinare le condizioni di benessere termoigrometrico relativo agli spazi costruiti si devono considerare alcuni aspetti, che possiamo riassumere brevemente in un’ equazione di bilancio energetico per gli ambienti civili ed industriali:
M + S =W +
C + R + E
M è la potenza termica prodotta dai processi metabolici; la capacità dell’organismo di trasformare cibi e bevande in potenza termica e lavoro mediante i processi di ossidazione. La maggior parte di essa viene impiegata sotto forma di calore per il mantenimento della temperatura interna. E’ la condizione dell’ omeotermia del nucleo interno, che deve mantenere una temperatura interna di 37 + 0,5 °C per un corretto funzionamento degli organi vitali; S sta per la variazione di energia interna del corpo; l’omeotermia garantisce che tale variazione sia nulla (S = 0); W sta per potenza meccanica, ovvero la quantità d'energia che viene impiegata dal corpo sotto forma di lavoro; R è il calore scambiato con l’ esterno mediante irraggiamento con le superfici circostanti; C è il calore perso per convezione, derivato dal dislivello termico esistente tra il corpo vestito e l’ aria; E sta per il calore che si disperde attraverso la pelle, dovuto alla traspirazione, diffusione del vapore d’ acqua verso l’ ambiente anche in condizioni di riposo assoluto, dovuto alle temperature della pelle e dell’ aria non che dell’ umidità dell’ aria;ed alla sudorazione, per mezzo della secrezione di acqua e cloruro di sodio da parte delle ghiandole sudoripare.
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Indici termoigrometrici I valori sopra enunciati si possono determinare mediante la conoscenza di indici detti termoigrometrici ambientali che si dividono in indici diretti ed indiretti. Gli indici diretti richiedono la misura di un solo fattore per caratterizzare l’ ambiente termico, e sono: -
-
la temperatura dell’ aria, è quella relativa all’ aria che si trova ad una altezza di 0,6 m dal suolo per le persone sedute, ad un metro per persone in piedi; la temperatura del bulbo umido, misurata mediante l’ utilizzo del globotermometro, strumento costituito da una sfera di spessore sottile da 15 cm di diametro con un’ remittenza di 0,95 ed avente al suo interno un sensore di temperatura. La sfera metallica riscaldata per irraggiamento, trasmetterà all’ aria una quantità di calore dipendente dalla velocità dell’ aria, e dalla temperatura, per convezione. Con essa è possibile anche stabilire l’ umidità relativa dell’ ambiente; la velocità dell’ aria , che è la media delle velocità all’ esterno dello strato che delimita il corpo dall’ ambiente; assume ulteriore importanza anche la velocità relativa soggetto – aria , che si ottiene mediante la relazione : vrel= va + 0,005 ( M – 58,15) dipendente dalla velocità dell’ aria e dai valori di attività dei processi metabolici. Valori standard di benessere sono di 0,15 m / s in inverno e di 0,25 m / s in estate.
Si definiscono indici indiretti, o indici di sensazione, quelli ottenuti indagando sul gradimento di un campione di persone posto a determinati ambienti climatici, oppure dedotti dall’ analisi del bilancio energetico umano.Tra essi ne citeremo alcuni. L’ indice HSI è dato dal rapporto tra il calore disperso al fine di garantire l’ equilibrio termico del nucleo interno dell’ organismo, e il massimo flusso evaporato presente nell’ ambiente ( Emax ): HSI = 100 Erq / Emax con HSI > 100 si riscalda il nucleo interno; con HSI < 0 si raffredda il nucleo interno. Un altro indice è il Wild Chill Index WCI che indica la valutazione degli ambienti in base alla loro capacità di provocare il raffreddamento dell’ organismo specialmente agli arti e zone del corpo più soggetti al congelamento, ed ha un valore numerico pari a: WCI = 1,163
.
( 10,45 + 10 . Va0,5 – Va ) . ( 33 – ta )
W / m2
Tale indice si correla ad una temperatura, espressa in gradi centigradi, detta TCI ( Chilling Temperature ) pari al valore: TCI = 33 – WCI / 25,7 A seconda del valore dell’ indice riscontrato corrisponde un effetto per la valutazione degli ambienti freddi valido per temperature molto basse e velocità dell’ aria elevata:
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WCI (W/ m2)
TCI ( °C ) Effetti
1160 1400 1630 1860 2100 2330 2560 2800
- 12 - 21 - 30 - 40 - 49 - 58 - 67 - 76
Sensazione di freddo intenso Limite del rischio di congelamento rapido Congelamento dopo 20’ di esposizione Congelamento dopo 15’ di esposizione Congelamento dopo 10’ di esposizione Congelamento dopo 8’ di esposizione Congelamento dopo 4’ di esposizione Congelamento dopo 1’ di esposizione
Altri indici, detti di sensazione, rappresentano la votazione media manifestata da gran numero di soggetti posti nello stesso ambiente. Gli indici più noti sono il PMV, voto medio previsto, e il PPD, la percentuale prevista degli insoddisfatti. Il PMV si ricava in base alla definizione di carico termico L=(M–W)–D con D = dispersioni di calore enunciate nel bilancio termico, ed in base ad un’ inchiesta su 1600 persone poste in ambiente con parametri climatici prestabiliti. Il PPD è facilmente ricavabile in funzione del PMV ed è solitamente espresso in percentuale. I valori accettabili che garantiscono il comfort termico dei due indici sono i seguenti: PPD < 10 %
;
- 0,5 < PMV < 0,5 .
I valori sono stati decisi dalla normativa UNI – EN – ISO 7730 sugli ambienti termici moderati. La normativa detta anche i metodi di determinazione di questi due indici di sensazione. Dopo aver definito gli indici, possiamo ora classificare gli ambienti in base al clima che presentano.
Classificazione degli ambienti climatici interni Si definiscono ambienti termicamente moderati quelli che facilitano la condizione di omotermia del soggetto e presentano tali caratteristiche: a) le condizioni ambientali sono omogenee e non variano nel tempo; b) il soggetto non scambia calore con l’ ambiente esterno; c) attività del soggetto prevalentemente sedentaria; d) un vestiario uniforme consono al clima dell’ ambiente esterno. Per gli ambienti moderati il disagio può essere dovuto dall’ esistenza di scambi lievi con l’ esterno che magari non influiscono sul bilancio termico dell’ organismo ma che possono disturbare la sua condizione di benessere che, si specifica, è variabile da soggetto a soggetto; oppure un inadeguato ricambio dell’ aria può suscitare reazioni di fastidio nell’ organismo.
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Si definiscono ambienti caldi o freddi quelli in cui l’ organismo è costretto a prendere degli opportuni accorgimenti per mantenere una temperatura interna costante Il corpo umano è dotato di un sistema di termoregolazione regolato dall’ipotalamo, centro nervoso al quale giungono i ricettori termici posti in ogni parte dell’ organismo. Qualora il corpo percepisca mediante i suoi ricettori valori di temperatura compromettenti per il nucleo interno, dall’ipotalamo si attivano dei meccanismi detti di termoregolazione. Sono di due tipi: vasomotori e comportamentali. La regolazione vasomotoria permette all’ organismo di scambiare calore con l’esterno mediante delle valvole, gli sfinteri, che si trovano nei capillari sanguigni periferici; in caso di caldo eccessivo si verifica l’ apertura delle valvole ovvero la vasodilatazione; in caso contrario la valvola si chiude restringendosi nella vasorestrizione. Qualora la regolazione vasomotoria non sia efficace, scatta la regolazione comportamentale: l’insorgenza del brivido, con l’ attivazione dei gruppi muscolari che provoca calore ma non lavoro, nel caso in cui l’ organismo sia soggetto al freddo; la sudorazione, anticipata dal senso di accaldamento, che provoca una dispersione di calore nell’ ambiente riducendo la temperatura interna. Gli ambienti caldi si contraddistinguono per: a) valori di temperatura elevati anche in base alle attività svolte nell’ ambiente ma anche in base al tipo di vestiario indossato; uno specifico riferimento si ha per gli ambienti di lavoro pesante; b) una certa eterogeneità delle condizioni climatiche anche in due zone vicine dello stesso ambiente; Mentre gli ambienti freddi si identificano per: a) valori di temperatura sostanzialmente bassi ( che si aggirano dal 10 ai 0 °C per ambienti moderatamente freddi, al di sotto di 0°C per quelli freddi) b) variabilità delle condizioni anche all’ interno dello stesso ambiente c) attività lavorativa blanda e vestiario uniforme
I fattori di disagio relativi a questi ambienti possono conseguire dal non rispettare i valori degli indici di sensazione sopra indicati, da un irraggiamento asimmetrico rispetto le superfici verticali e orizzontali, dalla temperatura del pavimento, dalla presenza di correnti d’ aria, e dalla qualità dell’ aria, e quindi dall’ esigenza di un adeguato ricambio di essa in determinati intervalli di tempo che garantiscano un senso di benessere nell’ individuo.
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