Sono molti i fattori che influiscono sulla nostra sensazione di benessere in un determinato ambiente. Come la raggiungiamo lo spiega Dr. Thorsten Wolterink, responsabile del FEC presso Kampmann.
Come molte altre cose, anche il comfort rientra fra le sensazioni puramente soggettive. Volume, temperatura, umidità, luminosità, ma anche il contesto sociale, l’arredamento degli spazi comuni e le nostre condizioni personali incidono su come ci sentiamo. Un aspetto importante a questo proposito è il comfort termico. Come è possibile definire qualcosa di così difficile da concretizzare? E in che modo si crea il comfort termico?
Detto in parole semplici, comfort termico significa che il calore prodotto nel corpo viene anche ceduto all’ambiente, in modo da evitare che il corpo si surriscaldi o si raffreddi eccessivamente. Il corpo umano è in grado di produrre una quantità di calore compresa fra 80 W (carico di base a riposo) e 800 W (massimo sforzo fisico) circa. Vale quindi la pena di analizzare i meccanismi disponibili per l’emissione del calore e gli ulteriori fattori che influiscono positivamente o negativamente su tale emissione.
Nel corpo umano il trasporto del calore avviene per convezione, attraverso il sangue. La cessione del calore all’ambiente avviene in primo luogo attraverso la pelle, ma anche con la respirazione polmonare. Mentre nel caso della respirazione l’emissione di calore è latente e sensibile, attraverso la pelle si ha una componente di radiazioni elevata. A ciò si aggiunge un esiguo trasporto diretto di calore, ad esempio attraverso le piante dei piedi. Su questi tre processi essenziali di emissione (convezione, evaporazione e radiazione) agiscono diversi fattori. In primo luogo la produzione di calore è una conseguenza diretta dell’azione che l’ha prodotta. Un’ulteriore grandezza di influenza (umana) va ricercata negli indumenti isolanti, che hanno un effetto diretto su tutte e tre le modalità di emissione del calore. A livello di ambiente, la temperatura e il movimento dell’aria agiscono direttamente sull’emissione di calore per convezione, mentre l’umidità dell’aria agisce sull’emissione latente tramite evaporazione. La cessione di calore all’ambiente in forma di radiazione è invece determinata dalla differenza fra la radiazione in uscita e quella in entrata e dipende quindi dalla temperatura delle superfici circostanti. Già nel 1970, nella sua tesi di dottorato all’Università Tecnica della Danimarca (DTU), Ole P. presentò studi completi su queste tematiche, identificando le sei grandezze d’influenza di cui sopra come fondamentali.
OLE P. FANGER era un ingegnere danese la cui tesi sul comfort termico è considerata una delle opere principali in questo ambito.
GLI STUDI DI OLE P. FANGER
OLE P. FANGER
era un ingegnere danese la cui tesi sul comfort termico è considerata una delle opere principali in questo ambito.
Fanger aveva costruiti nei suoi laboratori delle postazioni di lavoro regolari, nelle quali i soggetti dei suoi test si dedicavano alle proprie attività indossando vari indumenti. Fanger era in grado di impostare qualsiasi parametro relativo alla climatizzazione ambiente. I soggetti dei test dovevano valutare a intervalli regolari il proprio benessere termico, attribuendo un valore su una scala da – 3 (freddo) a + 3 (caldo). Per tutte le combinazioni delle grandezze di influenza di cui sopra (attività, indumenti, temperatura dell’aria, umidità dell’aria, velocità dell’aria, temperatura delle superfici circostanti) i soggetti dei test fornivano dei “voti medi”, da cui Fanger è riuscito a ricavare una formula matematica: l’equazione di Fanger, che mette in relazione i sei parametri rilevanti con il “voto medio”. Per la progettazione climatica degli ambienti, la procedura può essere semplicemente invertita: conoscendo l’uso previsto degli ambienti è possibile stabilire il vestiario adatto per gli utenti. Otre ai parametri ambientali è possibile determinare un “voto medio previsto” (in inglese: Predicted Mean Vote – PMV). Fanger ha poi classificato il voto dei soggetti, stabilendo che le persone sono soddisfatte se esprimono un voto compreso fra –1 e +1. Tutte le altre sono considerate insoddisfatte. In questo modo ha individuato una correlazione diretta fra la “percentuale di persone insoddisfatte” e il “voto medio”. Invertendo anche in questo caso la procedura, dalle sei grandezze di influenza si ottiene il “voto medio previsto” (PMV), quindi la “percentuale di persone insoddisfatte” (in inglese: Predicted Percentage of Dissatisfied – PPD) di cui alla DIN EN ISO 7730. Esaminando questa norma con più attenzione ci si accorge che anche in caso di condizioni ambiente ottimali un 5% di persone continua a risultare insoddisfatto. In altre parole: per loro continua a fare troppo freddo e troppo caldo. La DIN EN ISO 7730 prevede che, usando fra gli altri l’indice PPD ammesso, i locali vengano suddivisi in tre categorie. I requisiti più elevati della categoria A valgono per i locali utilizzati da persone sensibili (bambini piccoli, malati, ecc.). Per i normali ambienti di ufficio si applica la categoria B, mentre la categoria C dovrebbe essenzialmente valere per gli edifici esistenti.
CRITERI DI COMFORT A LIVELLO LOCALE
Accanto al bilancio termico complessivo globale del criterio di comfort relativo alle persone, Fanger ha introdotto altri quattro singoli criteri relativi alle regioni corporee. Il primo è il tasso di correnti d’aria (in inglese: Draught Rate – DR) per le superfici corporee non coperte da indumenti; dipende dalla temperatura dell’aria, dalla velocità dell’aria e dal grado di turbolenza. A questo proposito va sottolineato che l’Allegato nazionale (NA) alla DIN EN 15251 inasprisce il valore per le correnti d’aria previsto dalla DIN EN ISO 7730, cioè DR = 20% per gli ambienti di categoria B. Un ulteriore criterio di comfort a livello locale è la differenza di temperatura dell’aria tra testa e caviglie. A seconda della categoria di ambiente (A, B, C) in questo caso sono ammessi 2 °C, 3 °C o 4 °C. Il terzo criterio riguarda la temperatura del pavimento, ma può essere applicato solo in caso di piedi con calzature. Per le categorie A e B la gamma di temperature ammessa è compresa fra 19 °C e 28 °C circa. Per la categoria C sono ammessi circa 2 °C in più in entrambe le direzioni. Il quarto e ultimo criterio di comfort a livello locale è quello relativo all’asimmetria radiante. A questo proposito si distingue fra soffitto e pareti da un lato, caldo e freddo dall’altro. Si tratta così de facto di quattro sottocriteri, da rispettare in modo differente in funzione della categoria di ambiente.
MISURAZIONE DEL COMFORT
Thermal comfort - relevant criteria: global and local and the categories A, B and C.
In DIN EN ISO 7730, a draught rate of 20 % is prescribed for Room Category B. By way of the National Appendix (NA) of DIN EN 15251, this value is reduced to the 15% stated.
Oggi il comfort nell’ambiente si può determinare tramite la più moderna tecnica di misurazione secondo DIN EN ISO 7730. Kampmann si impegna a fondo nel campo della ricerca e dello sviluppo per fare in modo che gli impianti tecnici di climatizzazione non influiscano negativamente sul comfort. In generale gli apparecchi di Kampmann non hanno alcun effetto sulle asimmetrie radianti o sulla temperatura del pavimento, pertanto solo l’indice PPD, la differenza di temperatura verticale (Δϑ) e il tasso di correnti d’aria (DR) sono significativi. Per quanto concerne l’indice PPD, l’apparecchio deve essere in grado di neutralizzare i carichi di caldo o di freddo utilizzati nella progettazione, quindi di mantenere invariata la temperatura di un ambiente, senza che le persone al suo interno avvertano correnti d’aria o variazioni di temperatura eccessive. Mentre di solito per il riscaldamento non si verificano criticità al riguardo, il raffrescamento con apparecchi a pavimento rappresenta spesso una sfida particolare. Poiché l’aria raffrescata a causa delle correnti non può essere soffiata direttamente nell’area in cui sostano le persone, si tenta di convogliarla lungo la parete, il più in alto possibile, in modo che durante la discesa si mescoli bene con la restante aria ambiente e poi si distribuisca lentamente nella stanza sopra il pavimento. Purtroppo ciò fa sì che parte dell’aria raffrescata venga ri-aspirata dall’apparecchio; in questo caso si parla di “cortocircuito”. A seconda della velocità del ventilatore e della temperatura dell’acqua, la percentuale di aria riassorbita può essere pari o superiore al 40%, con una notevole compromissione delle prestazioni. Nel Centro di Ricerca e Sviluppo di Kampmann (FEC) parallelamente alle comuni grandezze relative agli apparecchi vengono misurati il tasso di correnti d’aria e la variazione della temperatura. Tutti gli apparecchi di Kampmann vengono quindi ottimizzati non solo a livello di potenza, ma anche di comfort. Proprio in caso di esigenze speciali dei clienti relativamente ad arredamento, geometrie spaziali o condizioni di progettazione, grazie al suo laboratorio dedicato all’analisi dei flussi dell'aria ambiente il FEC offre la possibilità di adattare perfettamente ogni apparecchio al rispettivo utilizzo.