Come si valuta il comfort all’interno di un edificio? E cos’è il comfort adattivo?

Comfort ambientale, 4 i fattori principali: benessere termoigrometrico, qualità dell'aria, benessere acustico, benessere luminoso

Il concetto di comfort ambientale si riferisce alla particolare condizione di benessere determinata dalle percezioni sensoriali di un individuo all’interno di un ambiente. Questo benessere è influenzato da diverse variabili come temperatura, umidità dell’aria, qualità dell’aria (IAQ), livello di rumorosità e luminosità. Si evince, quindi, che esistono quattro componenti principali del comfort ambientale:

• Benessere termoigrometrico;
• Qualità dell’aria;
• Benessere acustico;
• Benessere luminoso.

La norma UNI EN 16798-1:2019 “Prestazione energetica degli edifici - Ventilazione per gli edifici - Parte 1: Parametri di ingresso dell'ambiente interno per la progettazione e la valutazione della prestazione energetica degli edifici in relazione alla qualità dell'aria interna, all'ambiente termico, all'illuminazione e all'acustica - Modulo M1-6” specifica i requisiti per i parametri ambientali interni per l'ambiente termico, la qualità dell'aria interna, l'illuminazione e l'acustica e specifica come stabilire questi parametri per la progettazione del sistema dell'edificio e i calcoli delle prestazioni energetiche.

Sono inoltre inclusi i fattori di discomfort termico locale, il tiraggio, l'asimmetria della temperatura radiante, le differenze di temperatura dell'aria verticale e la temperatura della superficie del pavimento. Ulteriori specificazioni sono contenute nella norma UNI CEN/TR 16798-2:2020 “Prestazioni energetiche degli edifici - Ventilazione per gli edifici - Parte 2: Interpretazione dei requisiti della norma EN 16798-1 - Parametri di input ambientale interno per la progettazione e la valutazione delle prestazioni energetiche degli edifici in relazione alla qualità dell'aria interna, all'ambiente termico, all'illuminazione e all'acustica (Modulo M1-6)”, in cui è spiegato come utilizzare la norma UNI EN 16798-1 per specificare i parametri di input ambientali interni per la progettazione del sistema di edifici e i calcoli delle prestazioni energetiche..

Vista la vastità del tema relativo al comfort ambientale, in questo articolo ci concentreremo sul primo punto, il benessere termoigrometrico, fornendo una panoramica sulle possibilità di valutazione.

Il comfort acustico nell’edilizia residenziale
Introduzione generale alla tematica dell’isolamento acustico e al problema del rumore nei condomini, con la descrizione delle principali fonti di disturbo da rumore all’interno degli edifici residenziali e delle indicazioni su come orientare la progettazione e la realizzazione degli interventi.
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Il comfort termoigrometrico e la teoria di Fanger

La metodologia più comune per la valutazione del comfort termoigrometrico è la cosiddetta Teoria di Fanger, sviluppata negli anni '60 e basata su studi statistici condotti in laboratorio e sulla teoria dei bilanci termici applicati al corpo umano. La percezione del calore umano è, infatti, sostanzialmente legata all’equilibrio termico dell’intero corpo, influenzato a sua volta da diversi fattori.

Secondo Fanger, le grandezze che influenzano il comfort termoigrometrico di un individuo in un determinato ambiente sono sei, di cui quattro sono ambientali (temperatura dell’aria, temperatura media radiante, velocità dell’aria, umidità relativa) e due individuali (livello di attività o metabolismo, vestiario).

Una volta stimati o misurati questi fattori, è possibile calcolare la percezione termica del corpo nel suo complesso attraverso il Voto Medio Previsto (Predicted Mean Vote - PMV). Il PMV esprime la sensazione media di comfort degli occupanti di una stanza, ed è funzione delle sei variabili sopra menzionate. Essendo basato su analisi statistiche è stata definita anche la Percentuale Prevista di Insoddisfatti (Percentage of People Dissatisfied - PPD), derivabile dal PMV, la quale fornisce informazioni sul disagio termico, prevedendo la percentuale di persone che in un determinato ambiente avvertono una sensazione di eccessivo calore o freddo.

Fanger ritiene che il 10% di insoddisfatti sia la percentuale massima per poter considerare un ambiente interno termicamente confortevole. Inoltre, sostiene che il valore minimo ottenibile di PPD sia del 5%, cioè la sensazione termica dell’ambiente non sarà mai gradita a tutti.
L’insoddisfazione può essere causata da una sensazione di caldo o freddo per l’intero corpo. In questo caso, i limiti di comfort possono essere espressi con gli indici PMV e PPD. Tuttavia, l’insoddisfazione termica può anche essere causata dai parametri che determinano il disagio termico locale.

Le cause più comuni di discomfort termico locale includono l’asimmetria della temperatura radiante (superfici calde o fredde), le correnti d’aria (definite come il raffreddamento di una parte del corpo causato dal movimento dell’aria), la differenza verticale della temperatura dell’aria, i pavimenti troppo freddi o troppo caldi.

Infine, prima di effettuare un’analisi più di dettaglio, è importante notare che la teoria di Fanger è applicata principalmente ad ambienti moderati e meccanicamente climatizzati.

PMV e PPD

Come anticipato in precedenza, il livello di comfort, e di conseguenza il PMV è valutabile in funzione di 6 parametri:

1. Temperatura dell’aria, t_a [°C];
2. Velocità dell’aria, v_a [m/s];
3. Umidità relativa, φ [-];
4. Temperatura media radiante, t_mr [°C];
5. Attività metabolica o metabolismo energetico, M [met] o [W/m²] (dove 1 met = 58,2 W/m²);
6. Resistenza termica dell’abbigliamento, I_cl [clo] o [m2∙°C/W] (dove 1 clo = 0,155 m²∙°C/W).

Le prime tre caratteristiche sono misurabili in ambiente tramite appositi sensori.

La temperatura media radiante è definita come la temperatura uniforme di un ambiente fittizio, in cui un individuo scambierebbe la stessa quantità di energia termica radiante che scambia nell’ambiente reale, in cui ogni parete ha una propria temperatura superficiale.

In altre parole, la temperatura media radiante rappresenta la temperatura di un ambiente termicamente uniforme che scambierebbe con l’individuo la stessa potenza termica radiante scambiata nell’ambiente reale non uniforme. Il metodo di valutazione è riportato nella norma UNI EN ISO 7726:2002 “Ergonomia degli ambienti termici - Strumenti per la misurazione delle grandezze fisiche”.

Questa, insieme alle precedenti, è a sua volta influenzata da ulteriori fattori:

• Caratteristiche termiche dell’involucro edilizio;
• Sorgenti di calore e di vapore presenti all’interno;
• Clima esterno;
• Caratteristiche dell’impianto di climatizzazione.

Il metabolismo energetico si riferisce al dispendio energetico del corpo umano in condizioni di riposo, necessario per mantenere le funzioni vitali come i movimenti respiratori, la circolazione e il mantenimento della temperatura corporea intorno ai 37°C. Questo dispendio energetico aumenta in relazione all’attività fisica svolta, come ampiamente descritto nella norma UNI EN ISO 8996:2022 “Ergonomia dell'ambiente termico - Determinazione del metabolismo energetico”.

La resistenza termica dell’abbigliamento, definita dalla norma UNI EN ISO 9920:2009 “Ergonomia dell'ambiente termico - Valutazione dell'isolamento termico e della resistenza evaporativa dell'abbigliamento”, è invece un parametro che indica quanto un indumento è in grado di resistere al flusso di calore tra corpo umano e ambiente, ovvero quanto è in grado di isolare termicamente il corpo umano. Questa resistenza termica è influenzata da vari fattori, tra cui il tipo di materiale utilizzato, lo spessore dell’indumento, la densità del tessuto e la presenza di strati d’aria tra i vestiti e la pelle.

Definiti tutti questi parametri è possibile procedere al calcolo di PMV e PPD, le cui formule non sono riportate (si rimanda alla norma specifica). I livelli di PMW sono divisi in 7 fasce, da -3 (ambiente molto freddo) a + 3 (ambiente molto caldo), tra le quali la condizione di comfort ideale è rappresentata dalla fascia PMW = ± 0,5, a cui corrisponde un PPD = 10 %.

L’indice PMV, nonostante sia ampiamente utilizzato per la valutazione del comfort termico in ambienti moderati, presenta alcune limitazioni inquanto sviluppato considerando condizioni di sedentarietà. Pertanto, la sua applicabilità per diversi livelli di attività metabolica è da valutare caso per caso. Fanger stesso suggerisce di utilizzare l’indice all’interno dei seguenti range di valori:

• PMV compreso tra -2 e +2;
• M da 0.8 a 4 met;
• I_cl da 0 a 2 clo;
• t_a da 10 a 30 °C;
• t_mr da 10 a 40 °C;
• v_a da 0 a 1 m/s;
• P_v da 0 a 2,7 kPa (pressione di vapore).

Discomfort termico locale

Non sempre un PMV basso corrisponde a una effettiva sensazione di comfort. In alcune situazioni, infatti, è possibile che si verifichino alcuni fenomeni che causano un discomfort locale, che può essere anche particolarmente influente sulla percezione del benessere globale. Per tutti questi fenomeni, Fanger ha stabilito una correlazione che consente di determinare la percentuale di persone insoddisfatte (PD), per la quale si rimanda alla normativa specifica.

Vediamo di seguito le principali cause di discomfort locale:

• Correnti d’aria (Draft Risk): Le correnti d’aria sono spesso le maggior responsabili di disagio locale, poiché possono causare il raffreddamento indesiderato di alcune parti del corpo, come il collo e le caviglie. Quando valutiamo il disagio causato dalle correnti d’aria, il fattore più immediato da analizzare è la velocità dell’aria. Tuttavia, non dobbiamo trascurare altri fattori, come la temperatura dell’aria che ci investe e l’intensità della turbolenza;
  
• Differenza verticale della temperatura dell’aria: l’elevata differenza verticale di temperatura tra la testa e le caviglie di un individuo può causare una sensazione di disagio, in particolare quando la temperatura a livello della testa è maggiore di quella a livello delle caviglie;
  
• Asimmetria della temperatura radiante: l’asimmetria della temperatura media radiante si riferisce alla differenza tra la temperatura radiante delle superfici opposte all’interno di un ambiente (pereti calde o fredde e soffitto caldo o freddo). Quando l’attività degli occupanti è prevalentemente sedentaria, l’esposizione a una radiazione termica asimmetrica può causare una sensazione di disagio termico, e questo fenomeno è particolarmente evidente quando l’asimmetria è dovuta a soffitti caldi o a pareti fredde;
  
• Pavimento troppo caldo o troppo freddo: un pavimento più caldo o più freddo rispetto all’ambiente circostante può influenzare la temperatura corporea attraverso lo scambio termico che avviene sulla pianta dei piedi. Per evitare sensazioni di disagio, è importante che la temperatura del pavimento si mantenga compresa tra i 20°C e i 30°C (supponendo che l’utente abbia scarpe e calze normali. In questo modo, i piedi saranno in armonia con il resto del corpo, contribuendo al comfort termico complessivo.

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Nei prossimi paragrafi si parlerà di:

• Classi di comfort;
• Comfort adattativo.