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Benessere termoigrometrico

Relazione PMV - PPD.
Relazione PMV - PPD.

Definizione

Il benessere termoigrometrico o comfort termoigrometrico, è lo stato psico-fisico nel quale il soggetto esprime soddisfazione nei confronti dell’ambiente termico, definito come il complesso dei parametri, ambientali e soggettivi che determinano la sensazione termica provata da un soggetto esposto a fissate condizioni termoigrometriche.

Il bilancio di energia sul corpo umano

Il bilancio di energia termica dipende da sei grandezze, di cui due strettamente riferite all’uomo (il metabolismo energetico e le proprietà termofisiche dell’abbigliamento), e quattro all’ambiente (temperatura, velocità e grado igrometrico dell’aria e temperatura media radiante). Per quanto riguarda le grandezze ambientali, le prime tre possono essere direttamente controllate con un impianto di climatizzazione mentre la quarta, essendo funzione delle temperature superficiali dell’ambiente, dipende essenzialmente dalla progettazione termotecnica dell’edificio. Va ricordato che, in genere, nel settore del comfort termoigrometrico, si parla di temperatura operativa, definita come media pesata della temperatura dell’aria e della temperatura media radiante, usando come coefficienti di peso rispettivamente la conduttanza termica convettiva e quella radiativa.

Indici di comfort termico

Negli ambienti nei quali è realizzabile il comfort termoigrometrico, anche detti moderati, si parla di comfort termico globale se ci si riferisce al corpo nella sua interezza e di discomfort termico locale se, invece, ci si riferisce a determinate zone del corpo. Le situazioni reali sono considerate accettabili solo se sono contemporaneamente verificate le due condizioni.
Gli indici riconosciuti a livello internazionale per la valutazione del comfort globale sono il voto medio previsto (PMV) e la percentuale prevista di insoddisfatti (PPD). Il PMV rappresenta il voto che un individuo medio assegnerebbe all’ambiente su una scala riportata nella seguente tabella.

scala ASHRAE di sensazioni termiche
voto sensazione
+3 molto caldo
+2 caldo
+1 leggermente caldo
0 né caldo né freddo
-1 leggermente freddo
-2 freddo
-3 molto freddo

Il PPD è, invece, la percentuale prevista di insoddisfatti, funzione univoca del PMV; la relazione PMV-PPD è riportata nel diagramma in alto. L’indice PMV può essere calcolato utilizzando appositi codici o valutato, ma solo in prima approssimazione, a partire dalle tabelle riportate nella norma UNI EN ISO 7730; in ogni caso, essendo un indice ricavato sperimentalmente, è applicabile solo in determinati intervalli di valori delle variabili da cui dipende.

Le cause di discomfort locale sono le seguenti:

  1. elevata differenza verticale della temperatura dell’aria (ta1.1-ta,0.1);
  2. pavimento troppo caldo o troppo freddo (tp);
  3. correnti d’aria (va);
  4. elevata asimmetria media radiante (*tpr).

A ciascuna di queste cause corrisponde una percentuale di insoddisfatti (PD).
La UNI EN ISO 7730 classifica gli ambienti dal punto di vista termico in tre categorie, in funzione della percentuale di insoddisfatti, permettendo di definire classi diverse di qualità a seconda, per esempio, della destinazione d’uso dell’ambiente, secondo quanto riportato nella seguente tabella.

Classi di comfort

Grandezza classe A classe B classe C
Condizione PD [%] Condizione PD [%] Condizione PD [%]
PMV -0,20 ÷ 0,20 ≤ 6 -0,50 ÷ 0,50 ≤10 -0,70 ÷ 0,70 ≤15
ta,1.1-ta,0.1 <2°C ≤ 3 <3°C ≤5 <4°C ≤10
Δtpr,0.6)h <10°C ≤5 <10°C ≤5 <13°C ≤10
Δtpr,0.6)v <5°C ≤5 <5°C ≤5 <7°C ≤10
va DR<10 ≤10 DR<10 ≤10 DR<15 ≤15
tp 19 ÷ 29°C ≤10 19 ÷ 29°C ≤10 17 ÷ 31 °C ≤15


Ambienti naturalmente condizionati

Negli ambienti cosiddetti naturalmente condizionati, in cui le attività sono praticamente sedentarie e l’ambiente termico si può regolare unicamente aprendo e chiudendo le finestre (in quanto non sono presenti o, comunque, non sono funzionanti sistemi di raffrescamento e/o di riscaldamento), è prevista una percentuale di insoddisfatti pari in generale al 20%, oppure al 10% nei casi in cui si vogliano realizzare livelli di comfort elevati. Qui sotto è riportato un diagramma che fornisce il valore della temperatura operativa interna in funzione di quella media mensile esterna.

Campi di temperatura operativa interna accettabile negli spazi naturalmente condizionati.

Campi di temperatura operativa interna accettabile negli spazi naturalmente condizionati.

Adattamento

La norma UNI EN ISO 7730 è basata su un modello che non tiene conto di importanti fattori come quelli climatici, culturali, sociali e contestuali per cui è stato introdotto il concetto di adattamento, che spiega come il contesto e la storia termica di ciascun soggetto possano modificare le aspettative e le preferenze termiche degli occupanti.
Alla base del modello di comfort adattativo c’è la convinzione che il soggetto, consciamente o inconsciamente, svolga un ruolo attivo nella creazione delle condizioni termiche che preferisce e che, per raggiungere più facilmente la soddisfazione nei confronti del microclima, attui un processo di adattamento, definito come quel processo di graduale diminuzione delle reazioni individuali agli stimoli ambientali. Si distinguono tre tipi di adattamento:

1. adattamento comportamentale: si intende con questo termine il complesso dei cambiamenti che una persona mette in atto, consciamente o inconsciamente, allo scopo di modificare i parametri che regolano il bilancio termico del corpo. Questo tipo di adattamento può essere ulteriormente suddiviso in personale (p.e. togliere un indumento), tecnologico (p.e. accendere il condizionatore d’aria), e culturale (p.e. fare una siesta al caldo).

2. adattamento fisiologico: consiste nel fatto che l’esposizione prolungata ad un certo tipo di ambiente o ad un certo tipo di clima riduce lo stress che può essere indotto da quella particolare situazione termica. È stato però dimostrato che nelle condizioni tipiche degli ambienti moderati questo tipo di adattamento ha un’influenza trascurabile sulla percezione del comfort.

3. adattamento psicologico: è legato al fatto che le esperienze pregresse e le aspettative modificano la percezione degli stimoli sensoriali e la reazione ad essi.

Attualmente si ritiene che l’adattamento comportamentale, più degli altri, fornisce alle persone un ruolo attivo nel mantenimento del proprio comfort, proprio perché direttamente legato al bilancio termico sul corpo umano.

Bibliografia

ASHRAE, Thermal environmental conditions for human occupancy, ASHRAE Standard 55, American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning, Atlanta,2004; Fanger P.O., Thermal Comfort,  McGraw-Hill, New York, 1970.

Riferimenti normativi

UNI EN ISO 9920, Ergonomia degli ambienti termici – Valutazione dell’isolamento termico e della resistenza al vapore acqueo dell’abbigliamento, Milano, 2009; UNI EN ISO 7730, 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, Milano, 2006; UNI EN ISO 8996, Ergonomia dell’ambiente termico – Determinazione del metabolismo energetico, Milano, 2005; UNI EN ISO 7726, Ergonomia degli ambienti termici – Strumenti per la misurazione delle grandezze fisiche, Milano, 2002;

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