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Benessere Termoigrometrico
Università degli Studi di Cassino
Benessere termoigrometrico
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I requisiti per il benessere. Le normative sul benessere ambientale. Il benessere
termoigrometrico negli ambienti. Gli scambi termici del corpo umano con l’ambiente.
Gli indici del benessere.
Tecniche di misura.
Normativa e legislazione vigente.
Indice
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•
PARTE 1 – Il benessere termoigrometrico
Generalità
Il sistema di termoregolazione
– il sistema di controllo
– il sistema di rilevazione
– il sistema di regolazione
Il bilancio energetico
– l’equazione di bilancio
– l’attività metabolica
– le trasformazioni energetiche
– la potenza meccanica ed il rendimento
– i flussi termici
– il vestiario
I parametri di benessere
– l’equazione del benessere di Fanger
– I diagrammi del benessere
– Il modello di Gagge e condizioni
transitorio
La normativa e la legislazione nazionale
Benessere ambientale
•
•
•
La condizione di "benessere ambientale" viene
definita come la particolare condizione
psicologica di soddisfazione da parte del soggetto
nei confronti del:
– microclima (benessere termoigrometrico);
– qualità dell’aria (benessere resp.)
– rumore (benessere acustico)
– …
Sebbene la sensibilità individuale e collettiva ai
problemi ambientali sia negli ultimi anni
largamente aumentata, raramente il rischio
ambientale a cui è esposto ciascun individuo
viene oggettivamente valutato.
Ciò è probabilmente dovuto a:
– la intrinseca complessità delle metodiche di
misura
– l’elevato costo delle attrezzature,
– l’oggettiva carenza di tecnici e laboratori
ambientali disponibili in ambito territoriale.
Benessere
termoigrometrico
Controllo
microclima
Benessere
respiratorio-olfattivo
Controllo qualità
dell’aria
Benessere acustico
Controllo rumore
Benessere visivo
Controllo
illuminazione
naturale e artificiale
…
1. Il Benessere
Definizione di Benessere:
E’ una condizione di soddisfazione nella quale un individuo o
più individui si trovano e dalle quale non vi è desiderio di
allontanarsi.
stato psico-fisiologico che coinvolge tutti i sensi
necessità di studiare l’effetto degli stimoli ambientali
(termici, acustici, visivi) sulla psiche o sull’organismo.
benessere termico, acustico, visivo
1. Il Benessere
per una corretta definizione di benessere occorre delimitare
e definire il settore al quale il benessere si riferisce,
la contemporanea presenza di vari tipi di benessere,
aumenta la complessità del problema (maggiore numero di
stimoli da tenere in considerazione)
per apprezzare una qualsiasi forma di benessere deve essere
verificato il soddisfacimento di altre forme di benessere.
...si può essere in un ambiente perfetto per l’ascolto della musica, o per meglio dire,
di un particolare tipo di musica, avere la migliore orchestra del mondo , ma se
malauguratamente si è investiti da una corrente d’aria fredda sul collo, si perderà
molto del piacere della musica; la stessa cosa avverrà se abbagliati da un faro mal
posizionato o anche solo se afflitti da un fastidioso mal di denti.
1. Il Benessere
al centro del problema del benessere c’è l’uomo
(complessità e assoluta mancanza di determinismo)
competenze ingegneristiche non sufficienti per lo studio del
problema del benessere;
interdisciplinarità, ossia coinvolgimento di altre discipline,
quali la medicina, la fisica, la statistica, la psicologia
evoluzione verso standard di comfort sempre più elevati;
controllo di un numero crescente di parametri
utilizzo di strumentazioni di misura sempre più sofisticate
tecniche e procedure di misura complesse
tentativo di definizione di indici globali, o di una scala di
benessere complessivo
Definizione del problema
• La Misura del Benessere Termoigrometrico
e dello Stress termico può essere effettuata
con molteplici modelli (Fanger, Gagge ecc),
diversi indici (globali, locali, di sensazione
o di temperatura) svariati strumenti e
metodi (UNI EN ISO 7726, 2002,
commercialmente in continua evoluzione).
Modello di Gagge
Il modello a due-nodi di Gagge, che è stato sviluppato a partire dal 1971,
raffigura il corpo umano come due cilindri concentrici, rappresentanti
rispettivamente la parte essenziale del corpo core (scheletro, muscoli,
organi interni) e la pelle.
Il modello si basa sulle seguenti ipotesi:
– Lo scambio di calore per conduzione dalla pelle è trascurabile
– La temperatura è uniforme in ciascun comparto
– La produzione di calore metabolico, il lavoro esterno e la perdita
di calore tramite respirazione sono associati solo con il core
– Gli scambi termici tra la pelle e il core sono dovuti alla
conduzione attraverso i tessuti del corpo e attraverso il flusso
sanguigno termoregolatorio
Condizioni di benessere termico
•
•
•
•
La temperatura interna del nostro
organismo è normalmente di 37°C.
Il nostro organismo è molto sensibile
anche a piccole variazioni di temperatura e
attraverso sensori di caldo e freddo
(localizzati nell’epidermide) segnala
condizioni anomale di disagio termico
Il meccanismo di controllo è molto
complesso ed efficiente e coinvolge scambi
termici latenti e sensibili
La sensazione di benessere è alquanto
soggettiva per almeno tre motivi:
– coinvolge la sfera emotiva
– i meccanismi di rilevazione/
regolazione/ compensazione cambiano
in funzione dell’età, del sesso e della
condizione psico-fisica
– le effettive condizioni di carico
termico sono diverse tra i diversi
individui in funzione del vestiario e
dell’attività metabolica
Attività
metabolica
Impulsi
di caldo
Impulsi
di freddo
Temperatura corpo umano
• Il corpo umano si divide in due zone: interna (o nucleo) ed
esterna.
• La temperatura interna (37°C) è praticamente costante
variando di circa ±0.5°C nell’arco della giornata secondo il
ritmo circadiano
• La temperatura media della zona esterna può variare tra un
massimo di 45°C ed un minimo che dipende dalla zona del
corpo (per le dita 4°C, per la fronte 17°C)
ISO 9866
• Temperatura esofagea
• Temperatura rettale
Temperatura
nucleo
• Temperatura addominale
• Temperatura orale
• Temperatura timpatica
• Temperatura auricolare
Temperatura ascellare e inguinale
è inferiore di circa 1 °C rispetto
alla temperatura nucleo
• Temperatura delle urine
Temperatura superficiale locale
38
Temperatura locale/°C
36
Rettale
34
Testa
32
30
Mani
28
26
24
Piedi
22
22
24
26
28
30
Temperatura ambiente/°C
32
34
Sistema di controllo della termoregolazione
Principi di fisiopatologia
ATTIVITA’
FISICA
BRIVIDO
MUSCOLI
ENERGIA TERMICA
TEMPERATURA DI
RIFERIMENTO
IPOTALAMO
SUDORE
AMBIENTE
PRODUZIONE DI
GHIANDOLE
PERDITA DI ENERGIA
SUDORIPARE
PER EVAPORAZIONE
CAPACITA’
TERMICA
CORPOREA
SISTEMA
VASI
TRASFERIMENTO
VASOMOTORIO
SANGUIGNI
INTERNO DI ENERGIA TERMICA
RECETTORI
TERMICI
TEMPERATURA
CORPOREA
Il sistema di rilevazione: i termorecettori
•
La pelle è sensibile ad ogni forma di
contatto. Le sensazioni tattili sono di
diversa natura:
– il caldo e il freddo,
– la pressione e il contatto
– il dolore
•
Su ogni centimetro quadrato di pelle si
trovano mediamente circa 130 recettori
tattili.
Il sistema di regolazione
I recettori termici inviano quindi segnali
all’ipotalamo, che li confronta con i valori di
riferimento delle temperature ed
eventualmente attiva i meccanismi di
termoregolazione necessari a mantenere
l’omeotermia del corpo.
37 oC 34 oC
I tipi di termoregolazione contro il caldo e
freddo sono:
• vasomotoria;
• comportamentale.
Nel caso in cui i meccanismi di
termoregolazione non sono sufficienti ad
assicurare l’omeotermia si può avere:
– negli ambienti freddi ipotermia (fino alla
morte per fibrillazione cardiaca);
– negli ambienti caldi ipertermia (fino alla
morte per danni irreversibili alle
proteine dei tessuti nervosi).
Caldo
Freddo
I Meccanismi di Termoregolazione
il corpo umano si suddivide in due zone:
esterna (pelle e tessuti sottocutanei)
interna, (nucleo, comprendente gli organi vitali) con T
quasi costante, mediamente uguale a 37 °C, con
variazioni nell’arco della giornata di +/- 0,5 °C)
La funzione di mantenere quasi isotermo il nucleo del corpo è
delegata al sistema di termoregolazione.
termoregolazione vasomotoria - capillari periferici dotati di
sfinteri (valvole), che aprendosi o chiudendosi, permettono
o impediscono l’afflusso di sangue
termoregolazione comportamentale
.
Il sistema di regolazione
La termoregolazione vasomotoria riguarda i capillari periferici; questi sono dotati di
valvole che, aprendosi o chiudendosi permettono o inibiscono l’afflusso di sangue.
In particolare negli ambienti freddi la chiusura delle valvole (vasocostrizione)
determina una diminuzione dell’afflusso di sangue verso la periferia e
conseguentemente una diminuzione della temperatura superficiale e quindi dello
scambio termico.
Per contro negli ambienti caldi l’apertura delle valvole (vasodilatazione) determina
un aumento dell’afflusso di sangue alla periferia e conseguentemente un aumento
della temperatura della pelle e quindi dello scambio termico.
Un meccanismo parallelo, che normalmente attivato nel caso in cui la
termoregolazione vasomotoria non sia sufficiente, consiste nella termoregolazione
comportamentale.
In particolare il meccanismo contro il freddo si manifesta con il brivido, ovvero
l’attivazione dei muscoli e conseguente aumento della generazione di energia
termica interna.
Il meccanismo contro il caldo consiste invece nella sudorazione dove le ghiandole
sudoripare secernono il sudore (una soluzione acquosa di cloruro di sodio) che
arriva sulla superficie esterna della pelle attraverso i pori e si sparge sulla superficie
della pelle, il sudore quindi in parte passa come vapore nell’aria (sottraendo il
calore latente di evaporazione), in parte gocciola (sottraendo solo calore sensibile).
Bilancio energetico del corpo umano
In 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 (K).
Nella equazione che segue deve essere S=0
Bilancio di energia sul corpo umano
•
Il corpo umano può essere considerato come un sistema termodinamico sul
quale è possibile fare un bilancio di energia:
S = M - W - Eres- Cres- E - C - R - K
M = potenza sviluppata per attività metabolica, (W);
W = potenza meccanica dissipata per attività lavorativa, (W);
E = potenza termica per evaporazione nella traspirazione, (W);
Eres = potenza termica per evaporazione nella respirazione, (W);
Cres = potenza termica scambiata per convezione nella respirazione, (W).
C = potenza termica scambiata per convezione, (W).
R = potenza termica scambiata per irraggiamento, (W);
K = potenza termica scambiata per conduzione, (W);
•
L’organismo tende a permanere in condizioni di equilibrio omeotermo
(S = 0), ovvero che:
– potenza ceduta all’ambiente = potenza generata dai processi metabolici
– la temperatura interna si mantenga stabile su valori ottimali (36,7+/- 0,3 C)
•
Gli ambienti termici vengono convenzionalmente distinti in:
–
–
moderati (in cui l’obiettivo è il raggiungimento del benessere
termoigrometrico)
severi caldi/ freddi (in cui l’obiettivo è la sicurezza e la riduzione dello
stress termico).
2. L’Attività Metabolica
Il metabolismo è il complesso di processi chimici e fisici che ha
luogo nelle cellule e nei tessuti del corpo umano
- trasformazione degli alimenti ingeriti
- trasformazione di ossigeno in anidride carbonica,
- modificazione, accrescimento e rigenerazione delle
cellule dell’organismo,
- funzioni fisiologiche (attività nervosa, circolazione del
sangue, respirazione)
- funzioni ed attività motorie.
Tasso metabolico o metabolismo energetico (M)
è la differenza media nell’unità di tempo
tra energia somministrata (alimenti, bevande e ossigeno)
ed energia espulsa (feci, urine, anidride carbonica)
assimilabile ad un termine di generazione per il volume di
controllo uomo;
non è costante nel tempo, dipende da:
- qualità e quantità dei cibi ingeriti,
- dal momento della loro ingestione
- dalle condizioni ambientali esterne
- dall'attività che la persona svolge (cresce passando dalla
quiete ad attività intense e faticose).
la potenza meccanica ceduta per le attività motorie è sempre
minore del termine di generazione:
il corpo umano, affinché la sua energia interna e la sua
temperatura non varino, cede energia all’ambiente circostante.
- per convezione con l’aria
- per irraggiamento con le superfici circostanti
- per evaporazione di acqua (da pelle e polmoni)
Se l’energia ceduta risulta maggiore (minore) del tasso metabolico,
la temperatura media del corpo diminuisce (cresce) fino a
raggiungere una nuova condizione di regime (o anche il collasso).
L’organismo reagisce ad eventuali squilibri innescando complessi
meccanismi di termoregolazione (il benessere è la condizione in cui
l’attività dei meccanismi di termoregolazione è modesta).
Attività metabolica M
L’attività metabolica dell’organismo può essere ricondotta a:
l’attività metabolica basale, necessaria al
mantenimento dell’attività cellulare e delle principali
funzioni vitali; esso varia con il ciclo circadianico e
dipende da individuo a individuo in funzione del sesso,
età, massa, altezza …;
l’attività metabolica a riposo, comprendente quella
8 Met
basale e quelle ulteriori funzioni in assenza di attività
muscolare quale quella digestiva e posturale;
l’attività metabolica lavorativa, legata al lavoro
compiuto ed al rendimento muscolare nell’attività
lavorativa
La valutazione del metabolismo energetico, di solito
espresso mediante l’unità incoerente “met” (1 met =
58,2 W/m2), può essere effettuata mediante due metodi:
la misura diretta (che si basa principalmente sulla
valutazione del consumo di ossigeno)
la valutazione indiretta (tabelle in funzione
dell’attività).
4 Met
0.8 Met
1 Met
Attività metabolica
Il metabolismo delle varie persone (nei vari stadi della
vita, e in diverse condizioni) può essere misurato nei
comuni laboratori di analisi misurando il consumo di
ossigeno tramite un’apposita macchina.
Questo metodo è chiamato “calorimetria indiretta”, in
quanto si calcola il calore sulla base dei risultati della
combustione (anidride carbonica nell’aria respirata).
Controllando dunque con un apposita macchina la
percentuale di ossigeno consumato e trasformato in
anidride carbonica, si può controllare quanta energia si è
consumata sulla base del risultato ottenuto dalle
reazione.
Le proteine nel corpo non arrivano ad essere bruciate fino in
fondo ma si arrestano a livello di urea; per considerare anche la
presenza delle proteine nell’urea si può utilizzare un semplice
esame di laboratorio in cui si valuta l’azoto, e si fanno dei
calcoli per cui si compensa questa differenza.
Il metodo della calorimetria indiretta descritto per l’esame del
metabolismo può essere naturalmente applicato anche all’esame
del consumo energetico effettuato da una persona durante
un’attività più o meno intensa: basta esaminare l’aria respirata
(ossigeno e anidride carbonica) e alcuni altri semplici esami alla
portata di tutti i laboratori.
Se la valutazione dell’attività metabolica richiesta è sufficiente
in prima approssimazione si può ricavare, più semplicemente, il
valore standard di varie attività metaboliche dalla norma UNI
EN ISO 8996.
Valori metabolici tipici (ISO 8996)
Valore
metabolico
[W/m2]
Valore
metabolico
[met]
Nessuna attività (dormire)
34
0.6
Nessuna attività (posizione sdraiata)
46
0.8
Nessuna attività (posizione seduta, rilassata)
58
1.0
Attività leggera sedentaria (ufficio, casa, scuola,…)
70
1.2
Attività leggera in piedi (compere, lavoro leggero)
93
1.6
Attività media in piedi (lavoro domestico, a macchina)
116
2.0
Attività media in piedi (camminare a 3 km/h )
140
2.4
Attività pesante (fare ginnastica)
174
3.0
Attività pesante (ballare)
290
5.0
Attività pesante (correre a 15 km/h)
464
8.0
Tipo di attività
Area superficie corporea
•
L’area della superficie Ab corporea può essere valutata sulla
base della relazione di Du Bois
Ab  0,202  m 0b , 425  hb0, 725
in funzione della massa corporea, m (kg) e l’altezza h (m)
dell’individuo.
•
L’uomo standard (di massa pari a 70 kg e altezza pari a 1,8
m) ha pertanto un area della superficie corporea pari a circa
1,8 m2
Potenza meccanica W
•
•
•
•
L’energia potenziale chimica degli
alimenti si trasforma in:
energia termica (necessaria alla
termoregolazione dell’organismo)
energia elettrica (necessaria alla
trasmissione degli impulsi nervosi)
energia meccanica (convertita
nell’attività muscolare); il rapporto tra
la potenza meccanica W e l’attività
metabolica M viene definito
rendimento meccanico η=W/M; il
valore del rendimento meccanico è
normalmente molto basso (<0.20) e
leggermente crescente con la potenza
meccanica W.
energia chimica (accumulata
dall’organismo come riserva
energetica)
Potenza meccanica, W
• Rappresenta l’energia che nell’unità di tempo l’uomo scambia
con l’ambiente sotto forma di lavoro meccanico.
• Rendimento meccanico: =M/W.
• Il rendimento assume valori compresi tra 0 e 0.20, leggermente
crescente al crescere della potenza termica.
• M-W=M (1-)
• Se si compie un lavoro di 20W, la potenza metabolica sarà di
circa 200W con rendimento 10%; se il lavoro sale a 40W, la
potenza metabolica sarà di 260W con rendimento del 15%.
• L’uomo può essere quindi considerato come una macchina
termica: per compiere lavoro ha bisogno di energia termica che
viene in piccola percentuale trasformata in lavoro e in gran
parte riversata nella sorgente ambiente.
Il flusso termico convettivo e radiativo C e R
•
•
I flussi di energia termica per irraggiamento e convezione
attraverso la pelle R e C dipendono dalla resistenza termica
superficiale (vestiario, velocità dell'aria) e dalla differenza tra la
temperatura della pelle e rispettivamente la temperatura media
radiante e dell’aria.
I meccanismi trasmissivi coinvolti sono quelli di conduzione (tra
pelle e vestiario), convezione (tra vestiario e aria circostante) e
irraggiamento (tra vestiario e pareti circostanti). In particolare
C  Ab  f cl  hc (tcl  t a )
R  Ab  f cl  hr (tcl  t mr )
•
avendo indicato con
hc il coefficiente di convezione termica, W/(m²K);
hr il coefficiente radiativo, W/(m²K);
fcl il fattore di ricoprimento corporeo (dato da fcl = Acl /Ab con Acl
e Ab le superfici del vestiario e della pelle)
Combinando le relazioni su descritte si può scrivere:
C  R  Ab  f cl  (hc  hr )  (tcl  to )
avendo indicato con to la temperatura operativa definita come la
media pesata secondo i coefficienti di scambio termico delle
temperature dell’ambiente e della temperatura media radiante.
Potenza
termica
convezione, C
dispersa
per
La potenza termica che il corpo umano scambia per
convezione con l’ambiente può essere espressa come:
dove:
hc
C  fcl  h c  A b   t cl  t a 
è la conduttanza convettiva media unitaria abiti-aria, W/m2K
t cl è la temperatura media della sup. esterna dei vestiti, °C
fcl
coefficiente di area dell’abbigliamento, adim., definito
come il rapporto tra l’area della superficie del corpo umano
vestito e l’area della superficie del corpo umano nudo
Potenza
termica
irraggiamento, R
dispersa
per
La potenza termica che il corpo umano scambia per
irraggiamento con l’ambiente può essere valutata come:
4
4
R  A eff       t cl  273.15    t r  273.15  


dove:
Aeff è l’area della superficie efficace del corpo umano, m2
In generale, l’equazione si semplifica nella:
R  3.96 10
8
4
4

 f cl  A b   t cl  273.15    t r  273.15 


Temperatura operativa
t0  B  ta  (1  B)  tmr
con: tmr = temperatura media radiante
ta = temperatura dell’aria
Resistenza termica del vestiario
0.5 Clo
0,15 Clo
1.2 Clo
1.0 Clo
•
In condizioni stazionarie la potenza termica C+R scambiata per convezione e irraggiamento
dalla superficie esterna è uguale a quella scambiata per conduzione tra pelle e abito,
essendo:
(t  t )
f cl  (hc  hr )  (tcl  to )  sk cl
0.155  I cl
•
La resistenza termica unitaria dell’abbigliamento viene generalmente espressa mediante
l’unità di misura incoerente “clo” (1 clo = 0,155 m2K/W)
Abbigliamento
• 1 clo = 0,155 m2K/W
Condizioni di comfort invernale
Secondo la Normativa ISO 7730, che recepisce il criterio di
qualificazione di un ambiente mediante la percentuale di
insoddisfatti, le condizioni di comfort sono quelle riportate
dalla tabelle seguente, una volta fissate le condizioni di
attività e di abbigliamento delle persone
Condizioni di comfort estivo
Resistenza termica dell’abbigliamento
La resistenza termica dell’abbigliamento si
calcola tramite i parametri standardizzati nella
norma UNI EN ISO 9920 del marzo 2004.
Per convenzione si può assegnare come valore di
resistenza dell’abbigliamento, per la valutazione
del comfort, Icl= 0,5 clo durante il periodo estivo
e Icl=1 clo per quello invernale.
Resistenza termica vestiario
•
In tabella vengono a titolo di esempio riportati i valori di
alcuni tipici capi di vestiario. Si noti che un abbigliamento
tipico estivo ha una resistenza termica di 0,5÷0,6 clo,
mentre un abbigliamento tipico invernale ha una resistenza
di 0,9÷1,0 clo.
•
La valutazione della resistenza termica dell’abbigliamento
può essere effettuata mediante (ISO 9920):
–
–
la misura diretta (alquanto complessa in quanto richiede
attrezzature specifiche);
la valutazione indiretta da tabelle,
(alcune tabelle riportano la resistenza termica di singoli capi
d’abbigliamento, Iclu, altre, quella di combinazioni di capi,
Icl= ΣIcl,u)
Un esempio
Il flusso termico E
•
Lo scambio termico latente attraverso la superficie della pelle è innescato sia
dall’evaporazione del sottile film liquido che si viene a creare sulla superficie della pelle
per effetto della sudorazione, sia per la traspirazione del vapor d’acqua attraverso i pori
della pelle.
•
La potenza evaporativa totale E può essere determinata dalla seguente relazione:
E  w
( psk , s  pa )
Re ,t
avendo indicato con:
– w è la frazione di pelle bagnata;
– psk,s è la pressione di saturazione del vapor d’acqua alla temperatura della pelle (Pa);
– pa è la pressione parziale del vapor d’acqua nell’aria (Pa);
– Re,T è la resistenza totale degli abiti allo scambio termico evaporativo (m2·Pa·W-1)
•
Il contributo allo scambio termico latente complessivo dovuto alla traspirazione
attraverso la pelle è minimo, anche se attivo indipendentemente dalla sudorazione.
Tuttavia se la frazione di pelle bagnata è molto bassa o nulla, il contributo della
diffusione di vapore può essere valutato indipendentemente.
Potenza
termica
conduzione
dispersa
per
•
Potenza termica che il corpo umano disperde con i piedi
verso il pavimento o con una sedia se seduto
•
Generalmente è trascurabile
Il flusso termico Cres e Eres
•
Nella respirazione la differenza di
entalpia tra la portata di aria espirata
ed inspirata comporta una perdita di
calore sensibile e latente pari a:
Cres  m res  c p ,a (tes  t a )
Eres  m res  hw ( xes  xa )
Una relazione semplificata utilizzata per l’aliquota latente è:
E v e  1 . 7 2  1 0  5 M  5 8 6 7    p a s 
con:
p as
tensione di vapore dell’acqua alla temperatura
dell’aria ambiente, Pa
Il flusso termico Cres e Eres
Una relazione semplificata utilizzata per l’aliquota latente è:
E r e s  1 . 7 2  1 0  5 M  5 8 6 7    p a s 
con:
p as
tensione di vapore dell’acqua alla temperatura
dell’aria ambiente, Pa
Una relazione semplificata per l’aliquota sensibile è:
Cres  0.0014  M   34  t a 
Parametri benessere termoigrometrico
Dall’equazione di bilancio è possibile dimostrare che,
esplicitando tutti i termini del bilancio, l’equazione di
benessere è una funzione di:
S=f(M, Icl, ta, tmr, va , U.R., )
•
•
I parametri che, influenzando gli scambi termici tra
individuo e ambiente, determinano le condizioni di
benessere, sono quindi:
4 parametri ambientali
– la temperatura dell'aria ambiente, che influenza gli
scambi termici convettivi;
– la temperatura media radiante, che influenza gli
scambi termici radiativi;
– la velocità relativa dell'aria, che influenza gli scambio
termici convettivi;
– l'umidità relativa dell'aria, che influenza lo scambio
evaporativo dal corpo.
2 parametri individuali
– il dispendio metabolico M (correlato all’attività svolta)
– la resistenza termica conduttiva ed evaporativa del
vestiario
Grandezze di riferimento
Analizzando la struttura degli indici esistenti per
la valutazione del comfort termico ed inoltre
esaminando l’equazione di bilancio del corpo
umano possiamo affermare che le variabili
necessarie, da conoscere e calcolare, si possono
dividere in due categorie:
• grandezze relative all’ambiente;
• grandezze relative alla persona;
Le grandezze relative all’ambiente di cui si dovrà
tener presente sono:
• temperatura dell’aria;
• temperatura radiante;
• velocità dell’aria;
• umidità relativa;
per quanto riguarda le variabili necessarie per valutare
l’equazione di bilancio del corpo umano legate alle
caratteristiche del soggetto, sono:
• attività metabolica;
• resistenza termica dell’abbigliamento;
Le prime si ricavano attraverso misurazioni nell’ambiente esaminato,
le seconde si possono sia ricavare da misurazioni oppure valutate con
formule empiriche o, infine, assegnate in modo standard
Elementi nel bilancio termico
Grandezze interessate
ta
Calore perso con la respirazione:
CRES
ERES
tmr
va
U.R. (pa)
Icl
X
X
X
X
X
X
Calore prodotto M
X
Irraggiamento R
Convezione C
M
X
X
X
X
Diffusione ED
X
X
Sudorazione S
X
X
Grandezze coinvolte nel bilancio termico
GRANDEZZE RELATIVE ALL’AMBIENTE
Temperatura dell’aria
La temperatura dell’aria può essere espressa in °C (ta) oppure in
kelvin (Ta). Deve essere misurata nell’intorno del corpo umano.
Il soggetto reagirà sia a scambi di calore convettivi, con l’aria, che
radianti, con le superfici circostanti.
La temperatura finale del soggetto sarà quella per cui lo scambio
termico totale è nullo.
Se la temperatura radiante è differente dalla temperatura dell'aria (e
si deve supporlo) allora la temperatura dell’aria misurata avrà un
valore intermedio.
Per misurare la sola temperatura dell'aria si deve
minimizzare l'effetto dello scambio di calore radiante. Nel
caso di misurazione con sensori ciò è fatto generalmente in
tre modi:
1. Riducendo il formato del sensore di temperatura dell'aria
(questo sposta l'equilibrio fra la temperatura dell’aria e
quella radiante verso la prima);
2. Proteggendo il sensore dalle superfici circostanti,
preferibilmente con uno schermo inargentato che rifletterà
il calore radiante;
3. Aumentando la ventilazione nelle vicinanze del sensore.
Temperatura radiante
La temperatura media radiante si misura in °C (tmr) oppure in
kelvin (Tr).
Assieme alla temperatura dell’aria, la temperatura radiante è il
fattore che influenza maggiormente la sensazione di calore
perché la radiazione che cade sulla cute ne attiva i recettori.
Se il corpo è esposto a superfici fredde, una quantità sensibile
di calore è emessa sotto forma di radiazione verso queste
superfici, producendo una sensazione di freddo.
La temperatura radiante non coincide con la temperatura
dell'aria: se all'interno di una stanza ci sono delle superfici che
presentano una temperatura molto più alta di quella dell'aria (si
pensi alla fiamma di un caminetto o ad una finestra su cui batte
il sole), la temperatura media radiante è una media pesata delle
temperature delle superfici che delimitano l’ambiente incluso
l’effetto dell’irraggiamento solare incidente che influisce sugli
scambi per irraggiamento e varia localmente.
La temperatura media radiante, tmr, si calcola con uno
strumento chiamato globotermometro, costituito da
una palla nera (in modo da essere massimamente
sensibile alla temperatura radiante) e da un
termometro. La temperatura del globotermometro, o
globo di Vernon, può essere significativamente più
alta della temperatura dell'aria.
Si può dire che, in condizioni normali, mantenere una
certa differenza tra la temperatura media radiante e la
temperatura dell'aria (dove Tr è significativamente più
alta di Ta) sia un pregio dal punto di vista della qualità
dell'ambiente.
La variazione di 1°C nella temperatura dell’aria può essere
compensata da una variazione contraria da 0.5 a 0.8°C nella Tmr;
la condizione più confortevole è stata considerata quella
corrispondente ad una Tmr di 2°C più alta della temperatura
dell’aria.
Una Tmr più bassa di 2°C è tollerabile se la radiazione emessa dal
corpo è quasi la stessa in tutte le direzioni; ciò avviene solo se le
temperature superficiali dell’ambiente circostante sono
praticamente uniformi.
Conoscendo la temperatura e le dimensioni del globo di Vernon,
la velocità e temperatura dell’aria si può calcolare con la
seguente relazione:
0,6
v
4
8
4
Tmr  Tg  1,3 10  (Tg  Ta ) * a0,4
d
[K]
Esistono altri modi per calcolare la temperatura
media radiante i due più importanti si basano:
sulla temperatura delle superfici circostanti e il
fattore di vista o sulla conoscenza della
temperatura piana radiante.
Nel primo caso la formula per il calcolo è la
seguente:
N
4
4
Tmr   Ti  Fp i
i 1
dove Ti è la temperatura della i-esima superficie e Fp-i è il
fattore di vista calcolabile dalle seguenti figure.
Grafici per il calcolo del fattore di vista
Nel caso in cui la differenza tra le temperature
delle pareti è piccola la formula si può
semplificare nella seguente espressione:
N
Tmr   Ti  Fp i
i 1
La seconda maniera per il calcolo della temperatura media radiante
con buona accuratezza, utilizza i valori della temperatura piana
radiante Tpr:
 0,18  t pr (up)  t pr (down)   0, 22  t pr (dx)  t pr ( sx)   0,35  t pr ( front )  t pr (back )  






tme 

2
(0,18
0,
22
0,35)





Tale relazione vale per una persona seduta, per una persona in piedi vi è una
relazione analoga in cui cambiano i pesi delle varie temperature.
Temperatura piana radiante
Per il calcolo della temperatura piana radiante si
utilizzano le seguenti relazioni:
t pr 
n
4
4
F

(
t

273)
 273
 pl i i
i 1
con ti = la temperatura della i-esima superficie
Fpl-i = Fattore di vista tra un elemento piano e la superficie esima,
SFpl-1=1
Fpl  2
 y
1  x


 tan 1 
2
2  1  x 2
1
x



Fpl 3
1

2
 x

y
1
 tan 

2
 1 y2
1 y




y
1
1  1 
1


 tan   
 tan
2
2
 x2  y 2

x y
 y

Grafici per il calcolo del fattore di vista piano








Velocità dell’aria
La velocità dell’aria è una quantità definita dalla intensità,
direzione e verso; si misura in metri al secondo. La velocità
dell’aria in ogni punto dello spazio fluttua nel tempo e dunque è
necessario tener presente queste variazioni nel tempo.
Un flusso d’aria può essere descritto dalla velocità media,
definita come la media delle velocità in un intervallo di tempo e
dalla deviazione standard della velocità, SD, definita dalla
seguente equazione:
1 n
2
SD 
v

v
(
)
 ai a
n  1 i 1
dove vai è la velocità all’istante “i”.
L’intensità della turbolenza del flusso, Tu, è
espressa, in forma percentuale, come la deviazione
standard diviso la velocità media:
SD
100
Tu 
va
La normativa ASHRAE ha tracciato diagrammi in funzione
dell’attività svolta, che collegano la temperatura e la velocità
dell’aria in modo da avere sensazioni di caldo o di freddo
accettabili nell’intorno dell’ottimo.
Range ottimali ed accettabili di temperatura e velocità dell'aria, M costante
Umidità relativa
L’umidità dell’aria deve essere presa in considerazione in quanto altera il
trasferimento di calore tramite respirazione, diffusione e sudorazione delle
persone.
L’aria umida è una miscellanea di vari gas che si possono dividere in due
gruppi:
· gas che compongono l’aria secca (ossigeno, azoto, etc.);
· vapore acqueo;
Per ogni temperatura, l’aria può contenere al massimo una determinata
quantità di vapore acqueo oltre tale valore questo condensa.
I valori della quantità reale di acqua contenuta nell'aria caratterizzano
l'umidità assoluta dell'ambiente.
I parametri che danno la composizione dell'aria in termini di vapore
acqueo rispetto all'importo che massimo può tenere ad una data
temperatura caratterizzano l'umidità relativa dell'ambiente.
L’umidità relativa (e) è il rapporto tra la pressione parziale
del vapor d’acqua pa, nell’aria umida e la pressione di
saturazione del vapor d’acqua pas alla solita temperatura e
pressione totale:
pa
e
pas
L’umidità relativa è spesso anche espressa come una percentuale UR=100e
In ogni modo si può affermare che in ambienti moderati l’umidità dell’aria ha un impatto
modesto sulla sensazione termica; tipicamente un aumento dell’umidità relativa di +10%
corrisponde ad una variazione di temperatura pari a 0,3°C.
Il valore dell’umidità relativa per un ambiente termicamente confortevole non deve essere
più basso del 30% e non deve superare il 70% per non creare problemi dal punto di vista
igenico-ambientali in quanto valori oltre tali limiti possono portare al rischio di pelle
sgradevolmente bagnata o secca, irritazioni degli occhi, presenza di elettricità statica,
sviluppo di microbi e malattie respiratorie.
Normativa Tecnica
SCOPO
TITOLO - Ergonomia degli ambienti termici
NORMA
Presentazione generale delle norme
Principi e applicazione delle relative norme internazionali.
UNI EN ISO 11399: 2001
Stand. quantità, simboli e unità
Ergonomia degli ambienti termici - Vocabolario e simboli
UNI EN ISO 13731: 2004
Valutazione
dello stress
termico in
amb. caldi
Metodo analitico
Determinazione analitica ed interpretazione dello stress termico da
calore mediante il calcolo della sollecitazione termica prevedibile.
UNI EN ISO 7933: 2005
Metodo
Diagnostico
Ambienti caldi. Valutazione dello stress termico per l'uomo negli
ambienti di lavoro, basata sull'indice WBGT.
UNI EN 27243: 1996
(ISO 7243)
Valutazione benessere
in ambienti moderati
Ambienti termici moderati. Determinazione degli indici PMV e PPD
e specifiche per le condizioni di benessere termico.
UNI EN ISO 7730: 1997
(IN REV )
Valutazione dello stress termico in
ambienti freddi
Valutazione degli ambienti freddi – Determinazione dell’isolamento
richiesto dagli indumenti (IREQ).
UNI ENV ISO 11079 2001
(IN REV)
Tasso Metabolico
Determinazione del metabolismo energetico
UNI EN ISO 8996: 2005
Specifiche strum.
Strumenti per la misurazione delle grandezze fisiche
UNI EN ISO 7726: 2002
Resistenza abbigl.
Valutazione isolamento termico e resistenza evaporativa dell’abbig.
UNI EN ISO 9920: 2004
Valutazione dello stress termico
utilizzando misure fisiologiche
Valutazione degli effetti termici (thermal strain) mediante
misurazioni fisiologiche.
UNI EN ISO 9886: 2004
Valutazione soggettiva influenza
del benessere termoigrometrico
Valutazione dell’influenza degli ambienti termici mediante scale di
giudizio soggettivo
UNI EN ISO 10551: 2002
Selez. sistema di supervis. medica
Supervisione medica persone esposte ad ambienti molt caldi o freddi
UNI EN ISO 12894: 2002
Strategia di valutazione del rischio
termico
Strategia di valutazione del rischio per la prevenzione dello stress o
del disagio termico in condizioni di lavoro
UNI EN ISO 15265 2005
Analisi dei
metodi di
misura
Legislazione Nazionale
• DPR 303/56 (art. 7, art. 9 art. 11) “Norme generali per l'igiene del lavoro”
• Legge 864/70 (art. 10) “Ratifica ed esecuzione delle Convenzioni nn. 91, 99, 103, 112,
115, 119, 120, 122, 123, 124 e 127 dell'Organizzazione internazionale del lavoro
• Direttiva CEE 89/654 (All. I, punto 7.1) “Prescrizioni minime di sicurezza e di salute
per i luoghi di lavoro”
• Direttiva CEE 92/104 (Allegato, punto 16.6.1) “Prescrizioni minime intese al
miglioramento della tutela della sicurezza e della salute dei lavoratori delle industrie
estrattive a cielo aperto o sotterranee”
• D.Lgs 277/91 “Attuazione delle direttive CEE in materia di protezione dei lavoratori
contro i rischi derivanti da esposizioni ad agenti chimici, fisici e biologici durante il
lavoro
• D.P.R. 412/93: “Regolamento recante norme per la progettazione, l'installazione,
l'esercizio e la manutenzione degli impianti termici degli edifici ai fini del contenimento
dei consumi di energia, in attuazione dell'art. 4, comma 4, della legge 9 gennaio 1991,
n. 10.”
• D.lgs. 9 aprile 2008, n. 81 “TESTO UNICO SULLA SALUTE E SICUREZZA SUL
LAVORO” Attuazione dell’articolo 1 della Legge 3 agosto 2007, n. 123 in materia di
tutela della salute e della sicurezza nei luoghi di lavoro. (Gazzetta Ufficiale n. 101 del
30 aprile 2008 - Suppl. Ordinario n. 108) (Decreto integrativo e correttivo: Gazzetta
Ufficiale n. 180 del 05 agosto 2009 – Suppl. Ordinario n. 142)
Legislazione Nazionale
Codice civile
(art. 2087)
Obbligo per il datore di lavoro di "adottare le misure che, secondo la particolarità del lavoro, l'esperienza e la
tecnica sono necessarie a tutelare l'integrità fisica e la personalità morale dei lavoratori"
Legge 864/70
(art. 10 )
Nei locali utilizzati dai lavoratori deve essere mantenuta la temperatura più confortevole e più stabile possibile in
relazione alle circostanze
Direttiva CEE 89/654
(Allegato I, punto 7.1 )
La temperatura dei locali di lavoro dev’essere adeguata all'organismo umano durante il tempo di lavoro, tenuto
conto dei metodi di lavoro applicati e degli sforzi fisici imposti ai lavoratori
DL 277/91
Per T>26°C: U.R. Max 60%; Garantire circolazione aria fresca; Limitare esposizione in ambienti caldi
Per T< 18°C: Dotare i lavoratori di DPI; Assegnare periodi di riposo in locali con temperature miti
Per 18°C < T < 26°C; UR% ~50%; Isolare/scherm. sup.calde/fredde; Contr.correnti aria fredda/calda su pers
Direttiva CEE 92/104
(Allegato, punto 16.6.1 )
Nei luoghi di lavoro chiusi occorre provvedere affinché, in relazione ai metodi di lavoro in uso ed all'entità delle
sollecitazioni fisiche a carico dei lavoratori, questi ultimi dispongano di sufficiente aria fresca
DPR 303/56
(modificato DL 81/08)
(art. 7)
Se non diversamente richiesto da necessità di lavoraz., è vietato adibire a lavori continui locali chiusi senza:
 buona difesa contro gli agenti atmosferici
 isolamento termico sufficiente (tenuto anche conto del tipo di impresa)
 aperture sufficienti per un rapido ricambio d'aria
 ben asciutti e ben difesi contro l'umidità
(art. 9)
Nei luoghi di lavoro chiusi i lavoratori devono disporre di aria salubre in quantità sufficiente e l’eventuale
impianto di aerazione deve essere sempre mantenuto efficiente e si devono evitare correnti d'aria fastidiose (in
analogia con quanto previsto dall’art. 6 direttiva 89/654/CEE)
(art.11)
La temperatura nei locali di lavoro deve essere adeguata all’organismo umano durante il tempo di lavoro, tenuto conto dei metodi di
lavoro applicati e degli sforzi fisici imposti ai lavoratori
Nel giudizio sulla temperatura adeguata per i lavoratori si deve tener conto dell’influenza che possono esercitare sopra di esso il grado di
umidità ed il movimento dell’aria concomitanti
La temperatura dei locali di riposo, dei locali per il personale di sorveglianza, dei servizi igienici, delle mense e dei locali di pronto
soccorso deve essere conforme alla destinazione specifica di questi locali
Indice
PARTE 2 – Gli ambienti moderati
•
•
•
•
Generalità
Gli indici di benessere
– Indici di sensazione (PMV-PPD)
Fattori di discomfort locale
– Differenza temperatura testa-caviglia
– Temperatura pavimento
– Asimmetria radiante (pareti, soffitto)
– Correnti d’aria
Misura dei parametri ambientali
– Gli strumenti di misura
Benessere Termoigrometrico
Verifica della sensibilità dell'individuo alle
variazioni di temperatura, di umidità relativa e
di velocità dell'aria, attraverso la valutazione
degli indici Predicted Mean Vote PMV e
Predicted Percentage of Dissatisfied PPD
Gli indici del comfort termoigrometrico
Indici di sensazione usati per valutare in un
determinato ambiente termico di quanto si è lontani
dalle condizioni di comfort (livello di accettabilità)
PMV: indice di gradimento, esprime il voto che un utente medio
darebbe all’ambiente in cui si trova, al variare dei parametri fisici
PPD: percentuale di persone insoddisfatte in un determinato ambiente termico
CRITERI DI ACCETTABILITÀ DI UN AMBIENTE
TERMICAMENTE CONFORTEVOLE
Negli ambienti civili l’utilizzo di indici per la
valutazione del comfort termico è limitato da
intervalli precisi cui bisogna attenersi per
l’escursione delle grandezze da misurare.
Ciò è dovuto al fatto che tali indici sono stati
dimostrati validi e coerenti con le sensazioni
termiche provate dai soggetti su cui venivano
testati solo entro specifici range di variazione.
Per quanto riguarda la normativa UNI i range di variazione
delle grandezze sono elencati nella seguente tabella.
Grandezza
Unità di Misura
Valore Minimo
Valore Massimo
Attività Metabolica
[W/m2] ([met])
46 (0,8)
232 (4)
Resistenza Termica Vestiario
[m2°C/W] ([clo])
0 (0)
0,310 (2)
[°C]
10
30
Temperatura Media Radiante
[°C]
10
40
[m/s]
0
1
Umidità Relativa
[%]
30
70
Intervalli di variazione dei parametri principali
L’indice utilizzato dalla UNI, il PMV, 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.
Per evitare il disagio locale le norme UNI e quelle americane
della ASHRAE prevedono:
Grandezza
Norma di Riferimento
PPD
UNI EN ISO 7730
ASHRAE 55-92
ta (vert.)
≤ 3°C
≤ 3°C
5%
tpr (orizz.)
≤ 10°C
≤ 10°C
5%
tpr (vert.)
≤ 5°C
≤ 5°C
5%
t (pav.)
19÷26
18÷29
10%
va
DR ≤ 15
DR ≤ 15
15%
Criteri di accettabilità di un ambiente termico
Si devono tener presente due differenze tra le normative
messe a confronto:
1. la variazione di temperatura verticale deve essere per
entrambe minore o uguale di 3°C ma la norma UNI
richiede la misurazione a 0,1m e 1,1m dal pavimento,
cioè livello testa caviglie per individuo seduto, invece
la ASHRAE tra 0,1m e 1,7m, considera perciò un
individuo in posizione eretta.
2. non ci sono distinzioni per la valutazione della
resistenza termica del vestiario per il periodo estivo,
Icl=0,5, al contrario per il periodo invernale la
normativa americana considera il soggetto standard con
resistenza termica Icl=0,9 invece la UNI con Icl=1.
Il Comfort Termoigrometrico Globale
PMV (Predicted Mean Vote)
definito da Fanger (1970) ed adottato dalla norma UNI EN ISO 7730
La neutralità termica è caratterizzata da PMV=0.
Ambienti mediamente confortevoli - 0,50<PMV<0,50
(Rif. UNI-EN-ISO 7730:1997)
La EN-ISO 7730:2005 (non ancora tradotta in italiano) indica tre
categorie di comfort per attività sedentarie leggere:
(A) con -0,2<PMV<0,2
(B) con -0,5<PMV<0,5
(C) con -0,7<PMV<0,7
Ambienti termici moderati: Indici di benessere
Teoria di Fanger (UNI EN ISO 7730)
•
L'indice PMV (Voto Medio Previsto), proposto da Fanger, è
definito sulla scala bipolare ASHRAE a 7 punti riportata in
Tabella I e si basa su due assunzioni analizzando le esperienze
condotte su circa 1300 individui:
a)
la sensazione di caldo o di freddo che prova un individuo è
proporzionale al “carico termico”, L, definito con il valore reale
dell’attività svolta;
b)
la relazione tra l’indice PMV, ovvero la sensazione di caldo o di
freddo avvertita da un individuo medio espressa come voto sulla
scala a sette punti, ed il carico termico ora definito è la seguente:
PMV = [0,303 exp(-0,036 M) + 0,028] L
–
•
dalla quale si perviene all’equazione che permette la valutazione
dell’indice PMV (a partire dalle sei grandezze esaminate) come
media pesata utilizzando come coefficienti di peso le conduttanze
radiative e convettive;
L’indice PPD (Percentuale prevista di insoddisfatti) definita
come la percentuale prevista di insoddisfatti correlata al PMV,
ottenendo il diagramma di Figura
–
da esso si evince che la percentuale di insoddisfatti, ovvero l’indice
PPD, è pari al 5% per PMV uguale a 0, diventa il 10% ai limiti
dell’intervallo di benessere (+0,50-0,50) e cresce rapidamente
all’allontanarsi del PMV dai valori di comfort.
L’equazione del comfort
In Tabella sono riportati valori della temperatura operativa t0 per i quali
si rientra nelle condizioni di benessere per attività leggere
(50% di umidità relativa e velocità media dell’aria ≤ 0,15 m/s)
in ambienti moderati l’umidità influisce sul valore della sensazione
termica. A parità di valori delle altre variabili, per uguali PMV, ta deve
variare di 1 °C passando da =30% a =70% (limiti dovuti a motivi
indipendenti dalle sensazioni termiche)
NOTA: per valori minori di 0,30 si seccano le mucose con diminuzione delle difese per
germi e batteri, per valori maggiori di 0,70 aumentano i rischi di allergie e le probabilità
che si formi condensa su punti freddi con conseguente sviluppo di muffe.
Influenza della U.R. sul PMV
PPD (Predicted Percentage Dissatisfied)
Confronto tra due persone diversamente vestite
1.2 met
1.0 Clo
0.5 Clo
Operative Temperature
Confronto tra le temperature operative ottimali (PMV=0) al variare di M e Icl
Il Discomfort Locale
PMV e PPD valutano il comfort globale in funzione dei valori
medi delle variabili ambientali.
Ma essi rappresentano condizioni necessarie ma non sufficienti
per il benessere negli ambienti mediamente confortevoli
-0,5<PMV<0,5
5%< PPD< 10%
Deve essere nullo anche il discomfort dovuto a disuniformità delle
variabili ambientali, cioè non deve esserci discomfort locale.
Discomfort Locale
(UNI EN ISO 7730: 1997)
Le cause di discomfort locale sono
elevata differenza verticale della
temperatura dell’aria
- valore limite di insoddisfatti 5%
(Cat.B)
pavimento troppo caldo o troppo
freddo
(Cat.B)
elevata asimmetria media radiante
(Cat.B)
correnti d’aria:
(Cat.B)
Discomfort Locale
(UNI EN ISO 7730: 2005)
Fattori di Discomfort:
differenza temperatura verticale
elevata differenza verticale della
temperatura dell’aria
- valore limite di insoddisfatti 5% (cat.B)
limite accettabile T=3°C tra T misurata ad
h=1,1 e h=0,1 m dal pavimento
temperatura pavimento
pavimento troppo caldo o troppo freddo
- valore limite di insoddisfatti 10% (Cat. B)
per stagione invernale Tsuperficiale 19÷26°C,
(con 29°C per riscaldamento a pavimento)
Asimmetria temperatura media radiante
elevata asimmetria media radiante
- valore limite di insoddisfatti 5% Cat B)
stagione invernale: con finestre o superfici verticali
fredde, in direzione orizzontale < 10°C, per soffitto
riscaldato, in direzione verticale <5°C
velocità dell’aria
PPD
correnti d’aria:
- valore limite di insoddisfatti 15% (Cat.B)
indice DR (Draught Rate, Rischio da
Corrente d’aria) massimo 15 (praticamente
sempre per Va ≤ 0,15 m/s)
Posizionamento delle misure
- 1.7 m
- 1.1 m
- 1.1 m
- 0.6 m
- 0.1 m
- 0.1 m
Tecnica del controllo ambientale:
Il benessere Termoigrometrico
Gli ambienti severi
Indice
PARTE III – Gli ambienti severi
• Generalità
• Gli ambienti severi caldi
– gli indici di stress strumentali (WBGT, …)
– gli indici di stress fisiologici (HSI, ITS, SREQ…)
• Gli ambienti severi freddi
– gli indici di stress complessivo (IREQ, RT, DLE)
– gli indici di stress locale (WCI, Tch, ECT, …)
Ambienti termici severi caldi: generalità
(UNI EN ISO 7243)
•
Gli ambienti termici severi caldi sono quegli
ambienti in cui è richiesto un notevole intervento
del sistema di termoregolazione dell’organismo
(attraverso i meccanismi di vasodilatazione e
sudorazione) al fine di diminuire l’accumulo di
energia termica nel corpo.
•
In particolare, gli ambienti severi caldi sono
caratterizzati da:
– valori di to e umidità elevati (anche in relazione
all’attività svolta ,M, del vestiario Icl)
– condizioni termoigrometriche disomogenee e
instabili
– disuniformità dell’attività svolta e del vestiario
dei vari soggetti operanti negli ambienti
•
La valutazione degli ambienti severi caldi viene
fatta in termini di stress termico cui è soggetto il
lavoratore, derivante da produzione di calore
metabolico, da fattori ambientali e dal vestiario.
Ambienti termici severi caldi: indici di stress
(UNI EN ISO 7243)
•
L’indice utilizzato dalla norma ISO 72243 per la valutazione
dello stress termico è il WBGT (Wet Bulbe Globe Temperature)
definito come:
WBGT = 0,7 tnw + 0,3 tg (negli ambienti chiusi)
WBGT = 0,7 tnw + 0,2 tg + 0,1 ta (nell’ambiente esterno)
dove:
–
–
–
tnw è la temperatura di bulbo umido naturalmente ventilato
(connessa all’umidità dell’aria),
tg è la temperatura del globotermometro (connessa all’esposizione
diretta alla radiazione termica)
ta è la temperatura dell’aria.
Nota
A seconda della posizione dell’operatore vengono effettuate medie pesate del WBGT su misure:
a 0.1m (caviglie), 1.1m (addome) e 1.7 (testa) se l’operatore è in piedi;
a 0.1m (caviglie), 0.6m (addome) e 1.1 (testa) se l’operatore è seduto.
Nel caso di carichi termici non stazionari è necessario effettuare una media temporale del WBGT
Ambienti termici severi caldi: Limiti
(UNI EN ISO 7243)
•
I valori limite di WBGT sono tali da non provocare un aumento della temperatura
del nucleo corporeo oltre 38 C.
•
Essi sono calcolati in funzione del carico di lavoro manuale in cui il soggetto è
impegnato (a riposo - leggero – moderato – pesante –molto pesante), del rapporto
percentuale tra tempi di lavoro e tempi di recupero e si differenziano per soggetti
acclimatati e non acclimatati
Classe di tasso
metabolica
Tasso Metabolico M
Valore limite WBGT
Classe di Tasso
Metabolica
Per unità di area
(W/m2)
Per un individuo di
area 1,8 m2
(W)
Persona acclimatata
(°C)
Persona non acclimatata
(°C)
0 (a riposo)
M≤ 65
M≤ 117
33
32
1
65<M≤130
117<M≤234
30
29
2
130<M≤200
234<M≤360
28
26
3
200<M≤260
360<M≤468
Aria
stagnante
25
Aria non
stagnante
26
Aria
stagnante
22
Aria non
stagnante
23
4
M>260
M>468
23
25
18
20
Nota - I valori sono stati stabiliti per una temperatura rettale massima di 38°C
Ambienti severi Caldi:
Indici di Stress Globali e Locali
L’indice PHS (predicted heat strain) utilizzato negli ambienti
severi caldi offre la possibilità di seguire nel tempo
l’evoluzione delle diverse quantità che descrivono la risposta
fisiologica del corpo umano. In particolare esso consiste nella
determinazione di tutte le variabili fisiologiche di stress e
strain che caratterizzano la risposta individuale quali:
–
–
–
–
la potenza termica dissipabile per sudorazione SWp
la frazione di pelle bagnata wp
la quantità di acqua perduta dal corpo umano D
le temperature caratteristiche del corpo umano (pelle, nucleo,
rettale)
Ambienti termici severi caldi:
PHS (UNI EN ISO 7933:2005)
La valutazione dell’accetabilità dell’ambiente termico viene effettuata
confrontando i due indici di stress SWreq e wreq ed i due indici di strain D tre
con i rispettivi valori limite
Quantità
Ind. Non accl.
Ind. accl.
SWmax [g/h]
2,6(M-32)ADU
3,25(M-32)ADU
wmax
0,85
1
Quantità
Dmax
Tre,max[°C]
Accesso ai liquidi
libero
nessuno
5% della massa corporea
3% della massa corporea
38
Dlim= min(Dlim-tre, Dlimloss95)
Ambienti termici severi
Omeotermia
Esposizione a basse temperature
Esposizione ad alte temperature
Termogenesi : produzione di calore
Crampi da calore
Esaurimento da calore
Colpo di calore
Colpo di sole.
Processi
Patologie
Termodispersione: dispersione del calore
Edemi da freddo.
Assideramento.
Congelamento.
Ambienti termici severi caldi
UNI EN ISO 7243
Indice WBGT (Wet Bulb Globe Temperature)
Espresso in °C
 Valutazione rapida dell’ esposizione ad ambienti termici
severi caldi per lunghi periodi tempo
 Prevenzione mediante la riduzione dei tempi di
esposizione.
 Utilizzo di ulteriori sistemi di valutazione nei casi di
stress accertati.
 Applicabile ad esposizioni di durata non inferiore ai 30
min.
 Calcolato per un isolamento termico del vestiario I = 0,6
clo.
 Non tiene conto della risposta fisiologica dell’organismo.
UNI EN ISO 7243 Indice WBGT (Wet Bulb Globe Temperature)
WBGT = 0.7 twn +0.2 tg + 0.1 ta
WBGT = 0.7 twn + 0.3 tg
Grandezze derivate :
twn = temperatura di bulbo umido a ventilazione naturale.
tg = temperatura di globo.
Grandezze fondamentali :
ta = temperatura dell’aria.
UNI EN ISO 7243
Specifiche di misura :
Ambienti non omogenei
Misura liv. Testa livell. Addome liv. Caviglie
Media pesata con valore doppio per la misura a livello addome
Ambienti omogenei
Una sola misura del valore massimo
Ambienti non stazionari
Misure delle grandezze in tutto il periodo.
Media pesata secondo la durata di ciascun intervallo.
UNI EN ISO 7243
PROSPETTO DEI VALORI LIMITE DELL'INDICE DI STRESS TERMICO WBGT
Tasso metabolico, M
Valore limite di WBGT
Classe di
tasso
metabolic
a
Relativa ad
un’area unitaria di
superficie della
pelle
W/m 2
Totale ( per
un’area media
della superfi-cie
della pelle
di 1,8 m 2 )
W
Persona acclimatata
al calore
°C
Persona non
acclimatata al calore
°C
0
(a riposo)
M  65
M  117
33
32
1
65 < M  130
117 < M  234
30
29
2
130 < M  200
234 < M  360
28
26
3
200 < M  260
360 < M 468
Aria
stagnant
e
25
Aria non
stagnant
e
26
Aria
stagnante
22
Aria non
stagnante
26
4
M > 260
M > 468
23
25
18
20
Nota - I valori dati sono stati stabiliti prendendo come riferimento una temperatura rettale massima di
38 °C per le persone in esame.
UNI EN ISO 7243
Tempi di esposizione e di riposo
1) 25% lavoro – 75% riposo
4) lavoro continuo
Y WBGT °C
X
W/m2
Z
Lavoro metabolico W
I valori sono calcolati su base 1 h per ambienti di riposo con condizioni molto prossime a
quelle di lavoro
UNI EN ISO 7933 (2005)
Gli scambi termici in ambienti severi caldi.
Ereq = M – W – CRES – ERES – C – R – dSeq
* dSeq potenza termica associata all’incremento di temperatura del corpo umano
La temperatura corporea tende a diventare
troppo alta ed allora il sistema termoregolatore si
attiva al fine di dissipare calore attraverso la
vasodilatazione, la sudorazione e la diminuzione
della produzione di calore e, quindi, di limitare
l’accumulo termico.
Quando i meccanismi di termoregolazione non
sono più sufficienti a mantenere l'equilibrio
termico, la temperatura corporea interna si
innalza provocando manifestazioni patologiche
anche gravi che, se non trattate, possono avere
conseguenze persino fatali
Metodo UNI EN ISO 7933 (2005), Calcolo PHS.
Negli ambienti severi la sudorazione svolge un ruolo primario nella conservazione della
neutralità termica. L’equazione del bilancio termico viene risolta in termini di potenza
termica da dissipare con l’evaporazione.
A partire dai parametri misurati nell’ambiente e tenendo conto dell’attività svolta e
dell’abbigliamento utilizzato si calcolano i seguenti indici di stress fisiologico :
SWmax rappresenta la massima potenza termica dissipabile per sudorazione
wmax massima frazione di pelle dalla quale può essere realisticamente fatto evaporare il
sudore;
Dmax stabilisce la massima perdita d’acqua
tre,max rappresenta il valore massimo accettabile della temperatura rettale
Il tempo necessario a raggiungere il valore limite per
almeno uno degli indici di stress costituisce il tempo
massimo di esposizione Dlim.
E’ inoltre possibile calcolare la durata delle pause
necessarie.
PHS Intervalli di applicabilità
Quantità
Simbo
lo
Intervallo utile
Unità di
misura
temperatura dell'aria
ta
+15  +50
°C
differenza fra ta e tr
tr – ta
0  +60
°C
pa
0  4.500
Pa
velocità dell'aria
va
03
m/s
attività metabolica
M
100  450
W
Icl
0,1  1
clo
pressione parziale
vapore acqueo
isolamento
vestiario
termico
del
del
Viene richiesta una supervisione medica diretta e personalizzata sui soggetti a
rischio quando :
La pressione del vapore acqueo in aria è tale da impedire la sudorazione
Tempo massimo di esposizione Dlim < 30 minuti
la massa corporea è fissata a 75 kg e di conseguenza il valore limite
per la perdita di liquidi Dmax95 è fissato a 3750 g (libero accesso a
liquidi).
Controllo del microclima in ambienti termici severi caldi
interposizione di schermi che evitino l’esposizione diretta del
soggetto alla radiazione o installazione di cabine climatizzate
Estrazione di grandi volumi di aria dalle immediate vicinanze
delle sorgenti di calore
la somministrazione di abbondanti liquidi
da quella dei sali minerali che vengono
persi con la sudorazione, in particolar modo
sodio e potassio
l’acclimatamento progressivo in occasione di esposizioni sistematiche
Sicurezza sul lavoro
–
–
–
Analisi di benessere
termoigrometrici
Interventi correttivi tipici atti a
migliorare il comfort e/o ridurre
stress termoigrometrico
Sensibilizzazione degli operatori
UTILIZZO DI DPI CERTIFICATI
PER
LA
PROTEZIONE
DAL
CALORE
Ambienti termici severi freddi: Generalità
(UNI EN ISO 11079)
•
Gli ambienti termici severi freddi sono quegli ambienti nei
quali è richiesto un notevole intervento del sistema di
termoregolazione dell’organismo (attraverso i meccanismi di
vasocostrizione e brivido) al fine di limitare la diminuzione
della temperatura del corpo con particolare riferimento al
nucleo.
•
In particolare, gli ambienti severi freddi sono caratterizzati
da:
–
–
–
•
Valori bassi (0 ÷ 10 C per ambienti moderatamente freddi e
inferiori a 0 C per ambienti severi freddi)
condizioni termoigrometriche moderatamente variabili nello
spazio e nel tempo
attività fisica e tipologia del vestiario uniformi
Al contrario degli ambienti caldi è possibile negli ambienti
freddi contrastare lo scambio termico con un isolamento del
vestiario e DPI con le seguenti limitazioni:
–
–
–
un isolamento troppo spinto può limitare nel movimento
l’operatore
un eccessivo isolamento termico può impedire la traspirazione
determinando un accumulo di sudore
ad una situazione termica neutra complessiva dell’organismo
può associarsi un raffreddamento eccessivo di alcuni distretti
(mani, piedi, viso)
Ambienti termici severi freddi: Indici di stress
(UNI EN ISO 11079)
RAFFREDDAMENTO COMPLESSIVO
•
L’indice utilizzato per la valutazione dello
stress termico da raffreddamento complessivo
è l’IREQ (m2 °C/W) che esprime
l’isolamento termico dell’abbigliamento
richiesto
IREQ 
•
RAFFREDDAMENTO LOCALE
•
tsk  tcl
M  W  Eres  Cres  E
L’indice utilizzato per la valutazione dello stress
termico da raffreddamento locale è il WCI (Wind
Chill Index) che esprime, l’entità della potenza
termica per unità di superficie perduta
dall’organismo in funzione della temperatura e
della velocità del vento

WCI =1.16 10,45 +10
dove
– tsk è la temperatura della pelle (°C)
– tcl è la temperatura dell’indumento (°C)
dove
Quando l’abbigliamento è insufficiente a
garantire una neutralità termica è necessario
stimare:
– il DLE (durata limite di esposizione)
•
–
–
–
40,0
DLE 
S
l’RT (tempo di recupero)
RT 
40,0
S rec

ta la temperatura dell’aria (°C)
va la velocità dell’aria (m/s)
Una grandezza correlata al WCI è il Tch
(temperatura di chilling), definita come la
temperatura equivalente di sensazione di freddo in
aria calma (1,8m/s)
tch  33 
•
•
va - v a )( 33 - t a )
WCI
25,5
Temperatura mani (tmin 15°C)
Temperatura occhi e vie respiratorie (ta<40)
Ambienti termici severi freddi: Limiti
WCI
[kW(m2)]
ECT
[°C]
EFFETTO
su pareti del corpo nude, direttamente
esposte
1200
- 14
sensazione di freddo intenso
1400
- 22
limite del rischio di congelamento rapido
1600
1800
-30
-38
congelamento dopo 1 h di esposizione
2000
2200
-45
- 53
congelamento dopo 1 min di esposizione
2400
2600
- 61
- 69
congelamento dopo 30 s di esposizione
Ambienti termici severi freddi
UNI ENV ISO 11079:2001
Isolamento richiesto
Principi del metodo :
Lo stress da freddo viene valutato in termini di raffreddamento di tutto il corpo o di una parte del corpo
Raffreddamento corpo intero
1.Calcolo Isolamento del vestiario richiesto (IREQ)
2.Confronto con vestiario utilizzato
3.Calcolo DLE
Raffreddamento di parti del corpo
Raffreddamento convettivo
Calcolo Wind Chill Index
METODO UNI ENV ISO 11079:2001 CALCOLO “Isolamento richiesto”.
L’equazione del bilancio energetico viene risolta in due diverse ipotesi per il
calcolo di due diversi valori di IREQ :
IREQmin capace di assicurare condizioni minime accettabili ( con presenza
di una sensibile, ma tollerabile, sensazione di freddo)
IREQneutra capace di assicurare condizioni di neutralità termica
Dal confronto di queste due quantità con l’isolamento termico Iclr
effettivamente garantito dall’abbigliamento utilizzato
Iclr < IREQmin implica protezione insufficiente, e conseguente rischio di
ipotermia;
IREQmin  Iclr  IREQneutral definisce l’intervallo di accettabilità
Iclr > IREQneutral implica iper-protezione, e conseguente rischio di
sudorazione
UNI ENV ISO 11079:2001 Tempi di esposizione
L’esposizione ad ambienti severi freddi risulta limitata ad una
durata massima:
DLE = Qlim / S
E’ possibile calcolare le pause con le quali interrompere
l’attività negli ambienti severi freddi, onde permettere un
adeguato recupero termico.
RT ( Recovery Time) può essere calcolata con lo stesso
metodo con il quale viene calcolato DLE, ovvero come:
RT = Qlim / S’
UNI ENV ISO 11079 Indici di rischio locale
Specifiche parti del corpo (mani, piedi, testa) sono esposte ad un eccessivo
raffreddamento perch particolarmente sensibili al raffreddamento di tipo
convettivo dovuto alla azione combinata della bassa temperatura e del vento.
L’indice sintetico utilizzato è il “chilling temperature”
tch = 33 – WCI / 25,5
dove l’indice WCI (Wind Chill Index) è funzione della temperatura dell’aria
e della velocità del vento secondo l’espressione
WCI = 1,16  (10,45 + 10 va – va)  (33 – ta)
(2.10)
I valori limite di tch contenuti nella norma tecnica UNI ENV ISO
11079:2001 sono di –14°C (soglia di allarme) e di –30°C (soglia di pericolo).
Quest’ultimo valore corrisponde al livello al quale si ha congelamento della
parte esposta in un’ora.
Ambienti termici severi freddi
UNI ENV ISO 11079:2001
WCI - tch ed effetti su parti del
corpo nude direttamente
esposte
WCI (W/m2)
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
tch in funzione della temperatura attuale
ta e della velocità del vento va
tch (°C)
-14
-22
-30
-38
-45
-43
-61
-69
effetto
Freddo intenso
Limite congelamento
Congelamento dopo 1 ora
Congelamento dopo 1 minuto
Congelamento dopo 30 secondi
UNI ENV ISO 11079:2001 LIMITI DI APPLICABILITA’
Quantità
Simbol
o
Intervallo utile
Unità di
misura
temperatura dell'aria
ta
< +10
°C
temperatura media
radiante
tr – ta
-----
°C
pressione parziale del
vapore acqueo
pa
-----
Pa
velocità relativa dell'aria
var
0,4  18
m/s
attività metabolica
M
15
met
isolamento termico del
vestiario
Icl
-----
clo
Il calcolo degli indici globale e locali nonché delle pause
può essere fatto online al sito
http://www.eat.lth.se/Forskning/Termisk/Termisk_HP/Klimatfiler/I
REQ2002alfa.htm
Controllo del microclima in ambienti termici severi freddi
Riduzione della velocità dell’aria, con l’eventuale utilizzo di
schermi o diffusori porosi .
installazione di uffici/box/cabine o utilizzo di muletti
opportunamente climatizzati e ben isolati.
Celle automatizzate senza l’accesso del personale
la realizzazione di un percorso controllato nei tempi e nei parametri
termo-igrometrici tra le condizioni esterne (che in estate possono
superare i 40°C) e gli ambienti di lavoro
UTILIZZO DI DISPOSITIVI DI PROTEZIONE
CERTIFICATI CONTRO IL FREDDO
Strumenti e metodi di misura
(UNI EN ISO 7726)
Classe C (benessere)
Grandezza
Simbolo
Campo di
misura
Precisione
Classe S (stress termico)
Campo di
misura
Precisione
Temperatura di bulbo umido a
ventilazione naturale
Temperatura di globo
tnw
-40°C  +120°C Richiesta:
-40°C  0°C:  (0,5 + 0,01|ta|)°C
>0°C  50°C:  0,5°C
>50°C  120°C:  [0,5 + 0,04(ta-50)]°C
Desiderabile: Precisione richiesta/2
Per |tr-ta| = 20°C
10°C  40°C
Richiesta:  2 °C
-40°C  +150°C Richiesta:
-40°C  0°C:  (5 + 0,02|tr|)°C
Desiderabile:  0,2 °C
>0°C  50°C:  5°C
Quando non possono essere raggiunti indicare
il valore effettivo della precisione
>50°C  150°C:  [5 + 0,08(tr-50)]°C
Desiderabile:
-40°C  0°C:  (0,5 + 0,01|tr|)°C
>0°C  50°C:  0,5°C
>50°C  150°C:  [0,5 + 0,04(tr-50)]°C
Richiesta:
0 K  20 K
Richiesta:  1 K
0 K  200 K
0 K  20 K:  2 K
Desiderabile:  0,5 K
>20 K  200 K:  0.1 tpr
Desiderabile:
0 K  20 K:  1 K
>20 K  200 K:  0.5 tpr
Richiesta:
Richiesta:
0,2 m/s  10
0,05 m/s  1
 |0,1+0,05 va| m/s
 |0,05+0,05 va| m/s
m/s
m/s
Desiderabile:
Desiderabile:
 |0,02+0,07 va| m/s
 |0,05+0,05 va| m/s
Per direzione del flusso interna ad un angolo
Per direzione del flusso interna ad un angolo solido pari
solido pari a 3  sr
a 3  sr
0,5 kPa  6,0
0,5 kPa  2,5
 0,15 kPa
 0,15 kPa
Anche per temperature dell’aria e delle pareti uguali o
kPa
Anche per temperature dell’aria e delle pareti kPa
maggiori di 30°C per una differenza |tr-ta| di almeno
uguali o maggiori di 30°C per una differenza
|tr-ta| di almeno 10°C
10°C
Uso non raccomandato
0,5 °C  40 °C  0,5 °C
tg
20 °C  120 °C
Temperatura di globo umido
twg
0 °C  80 °C
ta
Temperatura media radiante
tr
Asimmetria della temperatura
radiante
tpr
va
Umidità assoluta espressa come pa
pressione parziale del vapore
d’acqua
10°C  30°C
Richiesta:  0,5 °C
Desiderabile:  0,2 °C
Per |tr-ta| = 10°C
20 °C  50 °C:  0,5 °C
>50 °C  120 °C:  1 °C
 0,5 °C
Situazione Nazionale e locale
•
Recepimento legislazione e normativa
– le diverse necessarie professionalità raramente
vengono integrate e spesso sono confuse (tecnico
di misura, ingegnere, medico, …); non esiste tra
l’atro un albo specifico;
– scarso interesse verso la problematica salvo
nelle situazioni di stress (con conseguente
perdita di produttività)
– i protocolli di valutazione termoigrometrica
degli ambienti termici moderati quando applicati
si limitano al calcolo degli indici di comfort
(senza analisi soggettiva);
– gli strumenti di misura raramente sono a norma
e quasi mai tarati (1 Centri di taratura S.I.T nel
Lazio sulle grandezze ambientali)
– i DPI (dispositivi di protezione individuali) sono
molto spesso non utilizzati e talvolta
insufficienti;
– l’incertezza di misura non viene generalmente
valutata.
Esperienze di valutazione del benessere termoigrometrico
nelle PMI in ambienti severi
131
Università
degli Studi di Cassino e stampa
Centro
di fotoriproduzione
N
Strada secondaria
5.20
5.05
R4
R5
R1
4.96
Strada ad alta densità di traffico
5.00
R2
4.20
2.10
Arredamento
Altre macchine
Fotocopiatrici
Condizionamento
Controllo fotoc.
4.34
R3
h =2.80
S =81.00 m2
Imm. soffitto
Splitter parete
Aspir. pavim.
Splitter soffitto
Aspir. soffitto
Estrattore fotocop.
Umidificatore
Asp. Esp. Esterni
Centro di fotoriproduzione e stampa
Verifica invernale (U.R.ext 41% text 12.5°C)
n°
ta
U.R.
Va
CO2
tr
to
(°C)
(%)
(m/s)
(p.p.m.)
(°C)
(°C)
1
24.6
28.1
0.1
1099
22.3
23.45
2
23.5
28.6
0.0
n.d.
23.2
3
20.6
29.0
0.0
n.d.
4
19.0
29.0
0.0
5
19.6
29.6
0.0
PMV
PPD
M
I
(%)
met
clo
0.44
9.0
1.4
1
23.35
0.44
9.1
1.4
1
21.6
21.1
-0.23
6.1
1.2
1
n.d.
19.2
19.1
-0.30
6.9
1.4
1
n.d.
19.9
19.17
-0.59
12.4
1.2
1
PMV
PPD
M
I
(%)
met
clo
Verifica estiva (U.R.ext 71.5% text 23°C)
n°
ta
U.R.
Va
CO2
tr
to
(°C)
(%)
(m/s)
(p.p.m.)
(°C)
(°C)
1
23.6
68.6
0.07
748
23.7
23.6
-0.08
5.7
1.4
0.5
2
24.3
69.9
0.06
793
24.3
24.3
0.15
5.7
1.4
0.5
3
24.4
66.6
0.03
813
24.3
24.2
-0.07
5.1
1.2
0.5
4
24.0
70.6
0.21
638
25.5
24.7
0.01
5.4
1.4
0.5
5
23.6
65.4
0.05
652
24.2
23.9
-0.26
6.6
1.2
0.5
Università
degli Studi di Cassino e stampa
Centro
di fotoriproduzione
Calcolo del fabbisogno di aria primaria - norma ANSI/ASHRAE 62 –1999n°
Fabbisogno
x persona
m3/h
N° persone
max
Tot.
m3/h
Fabbisogno
x superficie
m3/h m2
Superficie
m2
Tot.
m3/h
Portata
necessaria
m3/h
Portata
Immessa
m3/h
1
9
4
36
8.5
25.8
219
255
80
2
9
4
36
8.5
21.8
185
221
311
3
11
4
44
1.26
12.23
15
59
54
4
9
4
36
8.5
10.6
90
126
93
5
11
4
44
1.26
10.5
13
58
184
719
722
Tot.
Centro telecomunicazioni
4.00
h = 2.60 mt.
V = 75 m3
7.00
Commutatore
Compressori
Armadi apparati elettronici
Bocchette di raffreddamento
Centro telecomunicazioni
Verifica invernale parametri microclimatici.
n°
ta
U.R.
Va
CO2
tr
to
(°C)
(%)
(m/s)
(p.p.m.)
(°C)
(°C)
R1
18.0
52.6
0.04
956
19.0
18.5
R2
19.7
49.9
0.1
1032
19.9
R3
17.3
67.4
0.11
744
17.9
PMV
PPD
M
I
(%)
met
clo
-0.44
8.97
1.4
1
19.8
-0.25
6.35
1.4
1
17.6
-0.63
13.46
1.4
1
Calcolo del fabbisogno di aria primaria - norma ANSI/ASHRAE 62 –1999n°
Fabbisogno x
persona
m3/h
N° persone
max
Tot.
m3/h
Fabbisogno x
superficie
m3/h m2
Superficie
m2
Tot.
m3/h
Portata
necessaria
m3/h
Portata
Immessa
m3/h
1
12.6
3
36
1.26
20.0
25.2
76
0
Produzione di mortadelle : forni di cottura
Produzione di mortadelle : forni di cottura
Swreq DLE
PHS
ta
UR
tg
twnv
va
met
clo
WBGT
N.A. all.
N.A. per.
A. all.
A. per
N.A.
A
Rilievo 009 Corridoio zona
arrivo mortadelle
27.52
42.01
30.51
20.59
0.39
1.60
0.77
23.56
480
480
480
480
480
480
Rilievo 010 Interno forno
durante il carico delle
mortadelle da cuocere
24.29
39.63
28.47
19.14
0.10
1.60
0.77
21.93
480
480
480
480
480
480
Rilievo 011 forno pieno, fase
di scarico al termine della
cottura.
41.50
19.48
45.37
26.42
0.11
1.60
0.77
32.12
327
409
480
480
249
343
Rilievo 011 forno pieno, fase
di scarico al termine della
cottura.
41.50
19.48
45.37
26.42
0.11
1.80
0.77
32.12
300
360
432
480
172
309
WBGT
SWreq
lavoro continuativo
pausa pari al 25 %
pausa pari al 50 %
pausa pari al 75 %
Eccessivo aumento della temperatura corporea
Eccessiva pedita di acqua
Cucina mensa ospedale
Cucina mensa ospedale
Swreq DLE
PHS
ta
UR
tg
twnv
va
met
clo
WBGT
N.A. all.
N.A. per.
A. all.
A. per
N.A.
A
Rilievo 012 cucina in
prossimità delle piastre di
cottura
29.87
45.42
31.97
22.52
0.04
1.40
0.77
25.35
480
480
480
480
480
480
Rilievo 012 cucina in
prossimità delle piastre di
cottura
29.87
45.42
31.97
22.52
0.04
2.00
0.77
25.35
480
480
480
480
480
480
Rilievo 013 Corridoio di
passaggio fra cucina e sala
25.49
60.28
27.71
20.91
0.79
2.00
0.77
22.93
480
480
480
480
480
480
Rilievo 014 Sala lavavaggio
piatti
25.56
68.63
25.80
21.99
0.11
2.00
0.77
23.11
480
480
480
480
480
480
WBGT
SWreq
lavoro continuativo
pausa pari al 25 %
pausa pari al 50 %
pausa pari al 75 %
Cantiere TAV
Pavimentazione stradale
Cantiere TAV
Pavimentazione stradale
Swreq DLE
PHS
ta
UR
tg
twnv
va
met
clo
WBGT
N.A. all.
N.A. per.
A. all.
A. per
N.A.
A
Rilievo 015 postazione di
lavoro sole diretto trave 
33.45
35.14
51.61
24.56
0.81
1.20
0.60
30.85
300
339
407
480
317
317
33.45
35.14
51.61
24.56
0.81
1.80
0.87
30.85
98
150
300
368
85
270
33.45
35.14
51.61
24.56
0.81
2.20
0.87
30.85
63
95
149
298
60
254
Rilievo 016 anteriormente
alla macchina
33.25
38.32
43.91
25.03
0.10
2.40
0.50
29.63
155
301
362
480
314
289
rilievo 017 al passaggio
della macchina
34.90
35.74
44.59
24.92
0.10
1.60
0.50
29.85
355
444
480
480
380
379
WBGT
SWreq
lavoro continuativo
pausa pari al 25 %
pausa pari al 50 %
pausa pari al 75 %
Colatura lega di alluminio
Forni
fusori per lega d’alluminio
Fonderia di alluminio
Swreq DLE
PHS
ta
UR
tg
twnv
va
met
clo
WBGT
N.A. all.
N.A. per.
A. all.
A. per
N.A.
A
Rilievo 02 Deposito alluminio
28.03
57.80
30.67
22.07
0.47
2.00
0.70
24.66
480
480
480
480
480
480
Rilievo 03 Corridoio
passaggio su muletti
29.26
55.93
31.69
22.91
0.53
1.50
0.70
25.59
480
480
480
480
480
480
Rilievo 04/1 colatura chimica
32.46
50.21
43.76
27.06
0.40
2.00
0.70
32.07
184
327
355
473
234
295
Rilievo 004/2 colatura chimica
31.69
51.86
35.49
25.04
0.20
2.00
0.70
28.16
392
480
480
480
480
480
Rilievo 005 colatura manuale
33.06
24.29
40.47
26.09
0.24
2.00
0.70
30.50
300
345
408
480
454
454
Rilievo 06 forni fusori
32.41
49.02
46.34
26.56
0.63
2.20
0.70
32.49
101
219
300
395
133
270
WBGT
SWreq
lavoro continuativo
pausa pari al 25 %
pausa pari al 50 %
pausa pari al 75 %
Cottura
ceramiche artistiche
Università
degli Studi di
Cassino
Zona
rulli cottura
pavimenti
Zona rulli cottura pavimenti
Cottura ceramiche pavimenti
Swreq DLE
PHS
ta
UR
tg
twnv
va
met
clo
WBGT
N.A. all.
N.A. per.
A. all.
A. per
N.A.
A
Rilievo 007 Forno di cottura
zona di carico protetto dal muro
33.82
35.54
36.03
23.67
0.20
1.80
0.60
27.37
480
480
480
480
480
480
Rilievo 008 lato forno con
smerigliatrice
36.54
32.40
40.31
26.45
0.12
1.80
0.60
30.61
376
471
480
480
434
434
Rilievo 018 forno zona carico
30.09
40.56
34.07
22.42
0.63
1.20
0.60
25.91
480
480
480
480
480
480
31.55
40.32
35.14
23.81
0.35
1.20
0.60
27.20
480
480
480
480
480
480
Rilievo 020 centro forno
sostituzione dei rulli
33.77
36.78
44.95
26.25
0.19
1.80
0.60
31.85
300
373
447
480
343
336
Rilievo 021 forno zona scarico
33.65
39.66
36.38
24.50
0.39
1.60
0.60
28.07
480
480
480
480
480
480
Rilievo 022 zona presse gres
34.44
39.32
38.00
25.55
0.03
1.40
0.60
29.28
480
480
480
480
480
480
Rilievo024 zona presse
38.70
30.18
42.06
26.50
0.21
1.40
0.60
31.17
428
480
480
480
474
474
Rilievo 025 zona presse
39.27
26.83
42.18
26.49
0.37
1.40
0.60
31.24
433
480
480
480
480
480
Rilievo 026 carico forno
41.07
24.69
45.25
26.40
0.32
1.20
0.60
32.05
399
480
480
480
439
439
38.10
48.07
46.79
28.62
0.11
1.20
0.60
34.05
137
164
396
480
66
93
Rilievo 028 forno rulli fra due
forni vicini 3 mt. circa
44.99
27.82
50.91
29.84
0.40
1.80
1.00
36.22
61
109
157
323
48
67
Rilievo 029 Forno zona scarico
35.90
33.30
38.24
25.18
0.58
1.60
0.60
29.10
480
480
480
480
480
480
Rilievo 030 smalteria
37.69
41.61
38.48
28.03
0.09
1.60
0.60
31.18
415
480
480
480
278
416
WBGT
SWreq
lavoro continuativo
pausa pari al 25 %
pausa pari al 50 %
pausa pari al 75 %
Rilievo
N
ta
UR
tg
Va
met
IREQ
min
Cella
1
-20.46
100
-20.46
0.93
1.0
7.1
7.5
2
1528
-36
Cella
1
-20.46
100
-20.46
0.93
2.0
4.0
4.4
0
1128
-21
Cella
2
-20.70
100
-20.70
0.07
1.0
7.9
8.3
2
1438
-31
Cella
2
-20.70
100
-20.70
0.07
2.0
3.2
3.5
0
811
-4
Catena Fast Food
Prodotti congelati
IREQn
eu
vel
suppl
WCI
tch
Confronto con il vestiario utilizzato
Rilievo
N
ta
UR
tg
Va
met
IREQ
min
IREQn
eu
vel
suppl
WCI
tch
Cella
1
-20.46
100
-20.46
0.93
1.0
7.1
7.5
2
1528
-36
Insulation Required, IREQ 6.6 to 6.9 clo
REQUIRED basic clothing insulation (ISO 9920), Icl 7.1 to 7.5
Duration limited exposure, DLE 0.6 hours
DATI VALIDI PER AF21 e
AF22 COMBINATI:
Norma : EN342 , Protezione contro il freddo 0,493 (m2 K/W) (B) ,3,1
permeabilità all’aria : 3
resist. evaporativa : 1
RESISTENZA ALLE TEMPERATURE
(accoppiamento giacca + pantalone)
per tipo di attività:
------------------------------------molto leggera leggera moderata
------------------------------------- 3 C°
- 16 C°
- 43 C°
resistenza per 8 ore
------------------------------------- 24 C°
- 47 C° - 62 C°
resistenza per 1 ora
Rilievo
N
ta
UR
tg
Va
met
IREQ
min
ribalta
1
8.61
80.08
9.93
0.17
1.00
3.20
3.60
2
651
3
prodotti freschi
1
8.61
80.08
9.93
0.17
2.00
1.00
1.30
0
407
14
prodotti freschi
2
3.99
76.48
5.18
0.04
2.00
1.30
1.70
0
418
14
prodotti freschi
3
3.81
76.37
4.50
0.04
2.00
1.40
1.70
0
420
14
Catena Fast Food
Prodotti freschi
IREQn
eu
vel
suppl
WCI
tch
Rilievo
N
ta
UR
tg
Va
met
IREQ
min
IREQne
u
vel suppl
WCI
tch
Cella
2
-20.70
100
-20.70
0.07
2.0
3.2
3.5
0
811
-4
cella
3
-20.17
100
-20.17
1.34
2.0
3.4
3.8
0
1276
-25
Catena Fast Food
Conservazione panini
Come misurare: Campi di misura e prestazioni
metrologiche degli strumenti (UNI EN ISO 7726)
Grandezza
Simbolo
Campo di misura
Precisione
ta
10°C  40°C
Richiesta  0,5°C
Desiderabile  0,2°C
tr
10°C  40°C
Richiesta  2°C
Quando non possono essere raggiunti indicare il valore effettivo della
precisione
tpr
0°C  50°C
va
0,05 m/s  1 m/s
Umidità assoluta espressa come
vapore d’acqua
pa
0,5kPa  3kPa
Temperatura superficiale
ts
0°C  50°C
Radiazione direzionale
rd
-35 +35 W/m2
Per tr-ta=10°C
Per tpr-ta<10°C
Richiesta (0,05+0,05 va) m/s
Desiderabile (0,02+0,07 va) m/s
Per direzione del flusso interna ad un angolo solido pari a 3 sr
0,15 kPa
Per tr-ta di almeno 10°C
Richiesta  1°C
 5 W/m2
Come misurare: Campi di misura e prestazioni metrologiche
degli strumenti (UNI EN ISO 7726)
Grandezza
Simbolo
Campo di misura
Precisione
ta
-40°C +120°C
Richiesta -40°C  0°C  (0,5+0,01ta)°C
>0°C  50°C  0,5°C
>50°C  120°C  [0,5+0,04 (ta-50)]°C
tr
-40°C+150°C
Richiesta -40°C  0°C  (5+0,02tr)°C
>0°C  50°C  5°C
>50°C  150°C  [5+0,08 (tr-50)]°C
Desiderabile: -40°C  0°C  (0,5+0,01tr)°C
>0°C  50°C  5°C
>50°C  150°C  [0,5+0,04 (tr-50)]°C
tpr
0°C  200°C
Richiesta -60°C  0°C  (1+0,1tpr)°C
>0°C  50°C  1°C
>50°C  200°C  [1+0,1 (tpr-50)]°C
Per tpr-ta < 20°C
va
0,2 m/s 20 m/s
Umidità assoluta espressa come
vapore d’acqua
pa
0,5 kPa  6 kPa
 0,15 kPa
ts
-40°C+120°C
Richiesta < -10°C  [1+0,05(-ts-10)]
-10°C 50°C  1°C
>50°C  [1+0,05(ts-50)]
rd
-300 100W/m2
1001000W/m2
10002500W/m2
 5 W/m2
 10 W/m2
 15 W/m2
Cause di Incertezza nella misura
Misurando
Strumento
di
Misura
- Modello
- Interaz. Sensore/misurando
- Uniformità
- Stabilità
- errore sulla caratteristica
-errori intrinseci (deriva,
risoluzione, isteresi, ripetibilità)
- errori dinamici
Ambiente
- grandezze di influenza
(temperatura, umidità, velocità)
Utilizzatore
- distorsione utilizzatore
umano (parall, interp.)/
automatico (conversione A/D,
trasmissione di un segnale)
Influenza incertezze misura dell’ IREQ in ambienti severi freddi
(classe S stress termico)
Errore ta=0.5°C
Errore tr=5°C
Errore
pa=0.15kPa
Errore va=0.15m/s
Errore M=10%
ta [°C]
tr [°C]
pa
[kPa]
va [m/s]
M [met]
IREQ
[clo]
-10.0
-10.0
0.14
1.00
2.0
2.59
-9.5
-10.0
0.14
1.00
2.0
2.56
-0.03
-10.0
-5.0
0.14
1.00
2.0
2.51
-0.08
-10.0
-10.0
0.29
1.00
2.0
2.57
-0.02
-10.0
-10.0
0.14
1.15
2.0
2.60
0.01
-10.0
-10.0
0.14
1.00
2.2
2.32
-0.27
Errore IREQ
Influenza incertezze misura del PHS in ambienti severi caldi (classe S
stress termico)
PHS
ta
[°C]
tr
[°C]
pa
[kPa]
va
[m/s]
Icl
[clo]
M
[met]
30.0
35.0
2.12
1.00
0.60
Errore
ta=0.5°C
30.5
35.0
2.12
1.00
Errore
tr=5°C
30.0
40.0
2.12
Errore
pa=0.15kPa
30.0
35.0
Errore
va=0.15m/s
30.0
Errore
M=10%
Errore
Icl=10%
Errore
PHS
tre
[°C]
Dmax
[g]
2.0
37.4
2292
0.60
2.0
37.4
1.00
0.60
2.0
2.27
1.00
0.60
35.0
2.12
1.15
30.0
35.0
2.12
30.0
35.0
2.12
tre
[°C]
Dmax
[g]
2355
0.0
63
37.4
2618
0.0
326
2.0
37.4
2298
0.0
6
0.60
2.0
37.4
2245
0.0
-47
1.00
0.60
2.2
37.4
2556
0.0
264
1.00
0.66
2.0
37.4
2320
0.0
28
Conclusioni
Dal lavoro condotto emergono le seguenti considerazioni:
a) il modello di calcolo implementato è stato efficacemente utilizzato per la
valutazione degli indici
b) l’analisi delle incertezza degli strumenti di misura condotta ha mostrato che :
- le tolleranze strumentali fissate dalle norme non sono completamente
significative ai fini della determinazione dell’incertezza di misura
- le prestazioni degli strumenti di misura commercialmente disponibili
sono generalmente idonee a rispondere alle specifiche della revisione alla
ISO 7726 ed è quindi auspicabile l’utilizzo di sensori in classe di
precisione “desiderabile” e non “richiesta”
c) i metodi per la stima del benessere e dello stress (effettuata mediante la
variazione degli indici rispetto ai parametri indipendenti ta, tr, va, pa, M, Icl) ha
mostrato inoltre, che:
– l’influenza delle specifiche metrologiche sulla stima dell’indice di comfort
PMV risulta particolarmente critica ai fini della determinazione delle
classi di comfort ai sensi della nuova 7730, specialmente per la
temperatura media radiante tr.
– l’influenza delle specifiche metrologiche sulla stima dell’indice di stress
PHS risulta particolarmente critica solo per la misura del “water loss”
soprattutto per la temperatura media radiante tr.
– l’influenza delle specifiche metrologiche sulla stima dell’indice di stress
IREQ risulta particolarmente critica solo per il metabolismo M.
LA MISURA DELLA TEMPERATURA
MEDIA RADIANTE
Temperatura media radiante tr
• La temperatura media radiante è definita
come [UNI EN ISO 13731] la temperatura
uniforme di una cavità nera fittizia nella
quale un soggetto scambierebbe la stessa
quantità di energia termica radiante che
scambia nell’ambiente reale non uniforme e
si indica con il simbolo tr.
Obiettivi
• Definizione del problema
– La misura della temperatura media radiante può essere effettuata con
molteplici metodologie (UNI EN ISO 7726, 2002).
– La strumentazione di misura utilizzabile è in continua evoluzione ed offre
interessanti possibilità di impiegare in campo metodologie di misura sino
ad oggi utilizzate quasi esclusivamente in laboratorio.
• Obiettivi
– Disamina critica delle metodologie classiche di misura
– Esame comparativo delle prestazioni metrologiche delle diverse
metodologie associate alla strumentazione di misura attualmente
disponibile sul mercato
– Casi notevoli di misura della temperatura media radiante in ambienti
moderati
Cosa misurare: le grandezze fisiche
• Grandezze fisiche (fondamentali)
–
–
–
–
Umidità dell’aria
• Grandezze fisiche (derivate)
– Temperatura di bulbo umido a
ventilazione naturale
– Temperatura di globo
– …
– Temperatura di globo di bulbo
umido
– Temperatura di globo umido
Campi di misura e prestazioni metrologiche degli strumenti
(UNI EN ISO 7726)
Grandezza
Simbolo
Campo di misura
Precisione
ta
10°C  40°C
tr
10°C  40°C
Richiesta  2°C
Quando non possono essere raggiunti indicare il valore effettivo della
precisione
tpr
0°C  50°C
va
0,05 m/s  1 m/s
Umidità assoluta espressa come pressione
parziale del vapore d’acqua
pa
0,5kPa  3kPa
ts
0°C  50°C
rd
-35 +35 W/m2
Per tpr-ta<10°C
0,15 kPa
Richiesta  1°C
 5 W/m2
Campi di misura e prestazioni metrologiche degli
strumenti (UNI EN ISO 7726)
Grandezza
Simbolo
Campo di misura
Precisione
ta
-40°C +120°C
Richiesta -40°C  0°C  (0,5+0,01ta)°C
>0°C  50°C  0,5°C
>50°C  120°C  [0,5+0,04 (ta-50)]°C
tr
-40°C+150°C
Richiesta -40°C  0°C  (5+0,02tr)°C
>0°C  50°C  5°C
>50°C  150°C  [5+0,08 (tr-50)]°C
Desiderabile: -40°C  0°C  (0,5+0,01tr)°C
>0°C  50°C  5°C
>50°C  150°C  [0,5+0,04 (tr-50)]°C
tpr
0°C  200°C
Richiesta -60°C  0°C  (1+0,1tpr)°C
>0°C  50°C  1°C
>50°C  200°C  [1+0,1 (tpr-50)]°C
Per tpr-ta < 20°C
va
0,2 m/s 20 m/s
Umidità assoluta espressa come pressione
parziale del vapore d’acqua
pa
0,5 kPa  6 kPa
 0,15 kPa
ts
-40°C+120°C
Richiesta < -10°C  [1+0,05(-ts-10)]
-10°C 50°C  1°C
>50°C  [1+0,05(ts-50)]
rd
-300 100W/m2
1001000W/m2
10002500W/m2
 5 W/m2
 10 W/m2
 15 W/m2
• Cause di incertezza
Quando e Dove misurare:
Criteri Stabilità ed Uniformità
Prospetto 4 - Criteri per un ambiente omogeneo ed a regime permanente (ISO 7726:1998)
Classe C (comfort)
Fattore X
Fattore X
Temperatura dell'aria
3
4
2
2
Asimmetria della temperatura media radiante
2
3
Velocità dell'aria media
2
3
Pressione di vapore
2
3
Grandezze
Prospetto 5 - Coefficienti d'altezza per le grandezze fisiche di un ambiente (ISO 7726:1998)
Coefficienti di peso delle diverse misure per il calcolo dei valori medi
Posizione dei sensori
Ambiente omogeneo
Classe C
Classe S
Livello testa
Livello addome
Livello caviglia
1
1
Altezze raccomandate
(puramente indicative)
Ambiente eterogeneo
Seduto
In piedi
1
1,1m
1,7m
1
2
0,6m
1,1m
1
1
0,1m
0,1m
Classe C
Classe S
1
1.La temperatura media radiante e la sua misura:
le metodologie di misura
Metodo di misura
Globotermometro
Tr  4 Tg4 
h cg
h rg
T
g
 Ta 
Metodo delle due sfere (sferica o
ellissoidale)
Tr  4 Ts4 
- compensazione del carico convettivo
Pp  Pb
  ( b  p )
Metodo della sonda termostatata
alla temperatura dell’aria (sferica
o ellissoidale)
Tr  4 Ts4 
Vantaggi
- semplicità del metodo dovuta a:
- strumentazione compatta
- semplicità di calcolo
- stima diretta del carico termico radiante cui è
soggetto l’individuo
- basso costo
- standardizzazione
Ps
  s
Metodo di calcolo mediante
fattori di vista e termometri a
contatto
Tr4 T14 Fp1 T24 Fp2 T34 Fp3 .........TN4 FpN
- buona accuratezza dovuta a:
- misura di temperatura a contatto
- determinazione dei contributi radiativi delle
diverse superfici alla temperatura media radiante
- versatilità del metodo per la possibilità di:
- misurare transitori
- stimare l’intero campo radiante all’interno
dell’ambiente
- stimare condizioni di asimmetria
Svantaggi
- rilevanti incertezze di misura imputabili a:
- stima dei coefficienti di scambio h generalmente approssimativa
- differenza di forma tra il soggetto e la sfera, che comporta la sovrastima dei
carichi termici radianti provenienti dalle superfici orizzontali dell’ambiente
- emissività della vernice nera del globo non sempre rappresentativa di quella
degli abiti (specie nel caso di esposizione diretta alla radiazione solare)
- misura puntuale (poco adeguata per ambiente eterogeneo)
- elevato tempo di risposta (circa 20-30 min) che non consente di seguire in modo
appropriato transitori termici;
- incertezze di misura imputabili a:
- differenze di forma tra soggetto e sfera
- differente posizione spaziale delle sfere
- emissività della vernice nera;
- emissività della sfera riflettente (che può aumentare nel tempo)
- complessità del circuito di termostatazione delle sfere
- misura puntuale
- scarsa diffusione
- elevato tempo di risposta;
incertezze di misura imputabili a:
- differenze di forma tra soggetto e sensore
- emissività del sensore
- complessità del circuito di termostatazione della sonda (specie per tr > ta)
- misura puntuale
- scarsa diffusione
- complessità del metodo dovuta a:
- stima dell’emissività delle superfici
- complessità della misura a contatto
- necessità di misurare la temperatura di tutte le superfici dell'ambiente
- complessità della strumentazione necessaria
- necessità di utilizzare radiometri per la misura della radiazione solare in
presenza di superfici trasparenti
- difficoltà nel calcolare fattori di vista, specie in geometrie spaziali complesse
- difficoltà nella misurazione della temperatura superficiale per contatto
1.La temperatura media radiante e la sua misura:
le metodologie di misura
Metodo di misura
Metodo di calcolo dei fattori di
vista mediante termometri a
distanza/termografi
Tr4 T14 Fp1 T24 Fp2 T34 Fp3 .........TN4 FpN
Metodo della misura del flusso
radiante efficace

Tr4  Tb4 1  2,146 103  Eeff

Metodo di calcolo mediante
radiometro netto:
 Tpri  A pi
Tr  i 16
 A p i
i 1 6
dove
Pi

Metodo di calcolo mediante due
dischi:
 Tpi  A pi
Tr  i 16
 A p i
Tpr i  4 0,95Tn4 
Vantaggi
- ottima accuratezza dovuta a:
- possibilità di effettuare molteplici misure di
temperature superficiali (o anche termogrammi)
- determinazione dei contributi radianti delle
diverse superfici alla temperatura media radiante
- stimare l’intero campo radiante nell’ambiente
- indipendenza dall’emissività
- versatilità del metodo per la possibilità di misurare
transitori
Svantaggi
- complessità del metodo dovuta a:
- complessità della strumentazione necessaria a misurare le temperature delle
superfici opache nonché la necessità di utilizzare radiometri per la misura
della radiazione solare in presenza di superfici trasparenti
- difficoltà nel calcolare fattori di vista specie in geometrie spaziali complesse
- buona accuratezza dovuta alla determinazione di
tutti i contributi radianti nelle tre direzioni
cartesiane dello spazio
- stimare l’intero campo radiante all’interno
dell’ambiente
- necessità di ripetere le misure nelle tre direzioni
- misura puntuale
- versatilità del metodo per la possibilità di stimare
condizioni di asimmetria
- differente posizione spaziale dei dischi
- emissività del disco lucido può aumentare nel tempo
- complessità del circuito di termostatazione dei dischi
- misura puntuale
- scarsa diffusione
- versatilità del metodo per la possibilità di stimare
- differente posizione spaziale dei dischi
- complessità del circuito di termostatazione del disco
- misura puntuale
- scarsa diffusione
i 1 6
dove
Tpr  4 Ts4 
Pp  Pb
  ( b  p )
Metodo di calcolo mediante disco
termostatato alla temperatura
dell’aria:
 Tpi  A pi
Tr  i 16
 A p i
i 1 6
dove
Tpr  4 Ts4 
- complessità della misura del flusso radiante (in tutte e tre le direzioni)
- scarsa diffusione
- misura puntuale
Ps
  s
1.1. La temperatura media radiante mediante
globotermometro
qc
q r
• Vantaggi
– più diffuso
– meno costoso
• Svantaggi
– elevato tempo di risposta (che comporta
problemi qualora si debbano effettuare
numerose misure
– sovrastima, a causa della sua forma
perfettamente sferica, i contributi
radianti dovuti alle superfici orizzontali
(soffitto e pavimento)
– non permette di calcolare l'asimmetria
della temperatura radiante, parametro
indispensabile nella valutazione del
comfort termoigrometrico.
termometro a contatto
• Vantaggi
– poco costoso
– permette la valutazione dell'asimmetria
della temperatura radiante
• Svantaggi
– se non utilizzati con grande cura e
attenzione, possono fornire valori
inattendibili della grandezza misurata a
causa essenzialmente delle resistenze di
contatto.
termometro a radiazione
Vantaggi
– permette la valutazione
dell'asimmetria della temperatura
radiante
Svantaggi
– richiede la conoscenza
dell'emissività della superficie di
cui si vuole misurare la
temperatura .
1.4. La temperatura media radiante mediante radiometro
netto
Vantaggi
– misura diretta della temperatura piana
radiante
– permette la valutazione dell'asimmetria
della temperatura radiante
Svantaggi
– costosi
– richiedono l'uso di più sensori o misure
nelle tre direzioni per il calcolo della tpr
2.1 Metodo del globotermometro
•
L’equazione di bilancio dell’energia sul globo
restituisce la relazione:
h cg
Tr  4 Tg4 
Tg  Ta
h rg

•
La temperatura di globo è un ottima
approssimazione della temperatura operativa:
to 
•

hc  ta  hr  t
 A  t a  (1  A)  tr
hc  hr
Per contro la misura di globo presenta le
seguenti problematiche di misura:
–
–
–
–
un unico punto non è rappresentativa di tutto il
campo radiativo relativo
il tempo di risposta elevato (circa 20-30 min)
la differenza di forma tra un individuo e una
sfera
esposizione a radiazioni di piccola lunghezza
d’onda (i.e. il sole) non approssima l’emiss.
effettiva
qc
qr
2.2 Metodo dei fattori di vista
•
Nel caso in cui le differenze di
temperatura tra le superfici
dell’ambiente sono relativamente
piccole, l’equazione di misura può
essere espressa:
Tr  T1  Fp 1  T2  Fp  2  T3  Fp 3  ............  TN  Fp  N
•
Il metodo dei fattori di vista presenta
rispetto agli altri metodi:
–
–
–
–
una migliore accuratezza nella
determinazione dei contributi delle
diverse pareti alla temperatura media
radiante
la possibilità di stimare anche
la difficoltà di calcolare i fattori di vista
(specie in geometrie spaziali complesse)
la difficoltà di misurare la temperatura
media superficiale (specie per contatto o
per oggetti in movimento)
2.3 Metodo della temperatura piana radiante
•
La temperatura media radiante può
allora essere valutata misurando la
temperatura piana radiante Tpr-i nelle sei
direzioni dello spazio ed i fattori di area
proiettata Ap-i per una persona nelle
stesse sei direzioni dello spazio:
Tr 
 T A
A
i 1 6
p i
i 1 6
p i
p i
Fattori di area proiettata per una persona seduta o in piedi, secondo gli
assi di una terna cartesiana con l'origine nel soggetto, l'asse z verticale e
con l'asse x orizzontale e perpendicolare al piano frontale
Posizione
Fattore di area proiettata lungo l'asse
X
Y
Z
In piedi
0,35
0,23
0,08
Seduto
0,3
0,22
0,18
Globotermometro
L’utilità del globotermometro è sentita
soprattutto in ambienti moderati ed omogenei
vista la semplicità di utilizzo dello stesso
mentre non è consigliabile il suo utilizzo in
presenza di ambienti caratterizzati da
radiazione eterogenea in quanto la misura di
una temperatura media radiante in un unico
punto non è rappresentativa di tutto il campo
radiativo relativo al soggetto.
Globotermometro
Sarebbe quindi necessario disporre di diversi
globotermometri per effettuare le misure in
corrispondenza dei vari livelli segnalati nella
norma (testa, addome, caviglie) attribuendo ad
ognuno un coefficiente di peso dato nel
prospetto IV della UNI EN 27726.
Globotermometro
Un altro aspetto negativo dell’uso di un globotermometro è
legato all’elevato tempo di risposta di circa 20 – 30 min che
in ambienti caratterizzati da repentini cambi di temperatura
non consente di seguire la variazione di temperatura
dell’ambiente in modo appropriato. Inoltre l’uso del
globotermometro per la stima della temperatura media
radiante comporta un’approssimazione dovuta alla differenza
di forma tra un individuo e una sfera. In particolare, la
radiazione proveniente dal soffitto o dal pavimento sarà
sovrastimata dal globo rispetto a quella ricevuta da una
persona.
Misure per contatto (fattori di vista)
La temperatura media radiante può essere
calcolata conoscendo:
•la temperatura superficiale delle pareti
circostanti;
•il fattore di vista tra la persona e le superfici
circostanti, una funzione della forma, della
grandezza e delle posizioni relative, rispetto
alla persona, della superficie.
Poiché la maggior parte dei materiali da costruzione hanno
un’emittenza () elevata, è possibile trascurare la riflessione
cioè presumere che tutte le superfici dell’ambiente siano nere.
Si utilizza quindi la seguente equazione:
Tr4  T14  Fp 1  T24  Fp 2  T34  Fp 3  TN4  Fp  N
dove: Tr è la temperatura media radiante, in K
TN è la temperatura superficiale della superficie N, in
K
Fp-N è il fattore di vista tra una persona e la
superficie N.
Poiché la somma dei fattori di vista vale uno,
la quarta potenza della temperatura media
radiante può essere considerata uguale al
valore medio delle temperature della
superficie circostante, elevate alla quarta
potenza, pesate con i valori dei rispettivi
fattori di vista.
I fattori di vista (Fp-N) possono essere
valutati in base alle figure seguenti (grafici
norma) nel caso di superfici rettangolari
Se le differenze di temperatura, tra le superfici
dell’ambiente chiuso, sono relativamente piccole,
l’equazione precedente può essere semplificata con
la forma lineare:
T  T F  T F  T F  T F
r
1
p 1
2
p2
3
p 3
N
p N
cioè la temperatura media radiante è calcolata come
il valore medio delle temperature circostanti pesate
con i valori dei rispettivi fattori di vista.
Il vantaggio di questo tipo di misura è legato
alla
maggiore
accuratezza
nella
determinazione dei contributi delle diverse
pareti alla temperatura media radiante
soprattutto in condizioni di asimmetria,
viceversa lo svantaggio sicuramente è dato
dalla difficoltà di scegliere i punti di misura
ed il numero degli stessi da analizzare.
Radiometro netto
E’ costituito da un piccolo elemento piano nero, con
un misuratore del flusso di energia termica
(termopila) tra le due facce dell’elemento.
Il flusso netto di energia termica tra le due facce è
uguale alla differenza tra gli scambi termici radiativi
delle due facce dell’elemento.
Gli elementi di misura sono ricoperti da una sottile
sfera di polietilene per diminuire l’effetto della
velocità dell’aria e conseguentemente, dello scambio
convettivo.
Radiometro netto
La radiazione netta è data dalla seguente
equazione:
4
P     Tpr1
 Tpr4 2 
dove: P è la radiazione netta misurata, in
W/m2;
Tpr1 è la temperatura piana radiante, la
faccia 1, in K;
Tpr2 è la temperatura piana radiante, la
faccia 2, in K
Radiometro netto
L’asimmetria della temperatura radiante è
uguale a:
Tpr  Tpr1  Tpr 2
dove ∆Tpr è l’asimmetria della temperatura
radiante, in K.
Con un radiometro netto questa grandezza non
è misurata direttamente, ma deve essere
calcolata.
Radiometro netto

4
P    Tpr1
 Tpr4 2

può essere scritta come:
P  4T   T  T 
3
n
4
pr1
4
pr 2
Nell’espressione del coefficiente lineare di
trasmissione radiativa (4 T3n), Tn= 0,5 (Tpr1 +
Tpr2) o, con minore approssimazione, è uguale
alla temperatura del radiometro netto.
Radiometro netto
Allora l’asimmetria della temperatura radiante
è uguale a:
P
Tpr 
4Tn3
[K]
Misure a distanza (termocamera)
Con il termine termografia si intende la visualizzazione
bidimensionale del campo di temperatura su una
superficie. Il metodo termografico si basa sul principio
per cui ogni materiale emette con continuità energia
sotto forma di radiazioni elettromagnetiche a K.
Attraverso l’utilizzo di una termocamera (telecamera
sensibile alla radiazione infrarosso) si può trasformare
tale energia (proveniente dall’oggetto indagato), in
segnali elettrici che vengono successivamente convertiti
in immagini secondo tonalità di bianco e nero o secondo
una scala colorimetrica.
La termocamera è in grado di rilevare le temperature dei
corpi attraverso la misurazione dell’intensità di
radiazione infrarossa emessa dal corpo in esame,
fornendo immagini (dati qualitativi) e misure di
temperature (dati quantitativi). I dati acquisiti su un
termogramma, possono successivamente essere
analizzati attraverso un software dedicato, al fine di
estrarre, dall’interpretazione delle mappe della
distribuzione delle temperature dell’oggetto rilevato, le
informazioni necessarie.
Il vantaggio dell’utilizzo della termocamera
rispetto alle misure per contatto è da attribuire
alla discretizzazione praticamente infinita con
la possibilità di individuare le sorgenti che
influenzano le condizioni di asimmetria
consentendo in modo più efficace la
valutazione del discomfort.

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