Valutazione del comfort “globale” tramite l’utilizzo di multisensori e criticità riscontrabili

Cosa si intende con comfort globale

Quando si parla di comfort globale percepito dalle persone che si trovano all’interno di un ambiente si fa riferimento alla loro sensazione di benessere e soddisfazione verso lo spazio che le circonda. Il benessere individuale tende a essere elevato quando i bisogni sociali, psicologici e fisiologici sono soddisfatti.

Strettamente correlato al concetto del comfort globale è il tema di ricerca noto come “Indoor Environmental Quality (IEQ)”, che prende in considerazione un’ampia serie di fattori. Tra gli obiettivi di questo tema, insieme alla riduzione del rischio di problemi di salute legati all’edificio, vi è anche garantire la fruizione di spazi interni stimolanti e confortevoli, considerando la quantità di tempo che le persone passano all’interno dell’edificio.

Infatti, uno studio ha dimostrato che la produttività dei lavoratori può aumentare fino al 14% in un ambiente più confortevole e che circa il 50% delle malattie è causato, o aggravato, dall'aria interna inquinata. Per questo motivo, la costruzione, la manutenzione, la gestione dell’edificio e dei suoi impianti (tramite strategie che bilancino l’efficienza energetica e il comfort) hanno un ruolo fondamentale nel rendere gli edifici luoghi in cui le persone si sentano bene e nelle migliori condizioni per poter svolgere le proprie attività.

La stagione, il clima, la località, l’orientamento dell’edificio, le sue caratteristiche architettoniche, la pulizia, l’arredamento e il tasso di occupazione hanno una significativa influenza sulla percezione del comfort, così come le caratteristiche personali degli utenti, quali età, luogo di nascita e luogo di residenza, tra le altre. Tra i fattori principalmente studiati nell’ambito dell’IEQ e della fisica tecnica ambientale troviamo le condizioni termiche, acustiche, di illuminazione e di qualità dell’aria all’interno dell’edificio.

Il comfort percepito dagli utenti, in relazione a ogni dominio, può essere valutato tramite il monitoraggio di parametri e indici specifici ed è definito come segue:

• Comfort termico: condizione mentale di soddisfazione relativa all’ambiente termico;
• Comfort acustico: condizione in cui l'utente sperimenta un senso di benessere legato alle condizioni uditive;
• Comfort visivo: condizione soggettiva di benessere visivo indotta dall’ambiente visivo;
• Percezione della qualità dell’aria: l'aria è considerata accettabile quando non sono presenti contaminanti noti in concentrazioni dannose e la maggior parte delle persone ne esprime soddisfazione.

Indoor environmental quality (IEQ): la qualità dell'aria interna, un fattore chiave per la salute e il benessere
L’Indoor Environmental Quality (IEQ) descrive la qualità degli ambienti confinati secondo diversi punti di vista, tra cui il comfort termico, acustico, visivo e la qualità dell’aria. Il loro effetto combinato influenza la percezione che gli utenti hanno dello spazio, nonché il loro benessere e la loro salute. In particolare, la qualità dell’aria ha un ruolo fondamentale nella definizione di ambienti salubri e confortevoli.
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Molti studi, in passato, si sono concentrati sulla valutazione di un singolo dominio, termico o acustico per esempio, non tenendo in considerazione la stretta relazione che esiste tra essi. Più recentemente, la ricerca ha deviato verso un approccio multi-dominio per cercare di garantire un adeguato livello di IEQ, la salute e il comfort globale degli utenti e per cercare di ridurre i consumi energetici.

Tuttavia, progettare e gestire edifici per soddisfare le esigenze di comfort individuali è spesso una sfida a causa delle differenze interpersonali e per la natura stessa della percezione del comfort, che è dinamica e varia significativamente nel tempo. È proprio nel paradigma degli edifici intelligenti che diversi lavori degli ultimi anni hanno affrontato il tema del comfort personalizzato.

Come si valuta il comfort globale

La valutazione delle condizioni ambientali interne, e quindi del comfort globale, si basa solitamente su due metodologie:

• Il monitoraggio in campo dei parametri e degli indici dell’IEQ;
• La raccolta dei feedback soggettivi sulla percezione del comfort degli utenti di quello spazio.

Le normative definiscono parametri e indici da monitorare per valutare le condizioni termiche, acustiche, di illuminazione e della qualità dell'aria interna. Tuttavia, non è ancora disponibile un insieme di parametri o un indice universalmente riconosciuto e ritenuto efficace per la valutazione dell'IEQ e del comfort globale.

Esistono normative afferenti ai singoli domini, come ANSI/ASHRAE 55 e ISO 7730 per il comfort termico, ISO 3382 e ISO 22955 per il comfort acustico, EN 17037 e EN 12464-1 per il comfort visivo, le WHO Guidelines per la qualità dell’aria e normative che accolgono al loro interno tutti i domini. Per esempio, la EN 16798-1 fornisce indicazioni sui parametri di input per la progettazione e la valutazione delle prestazioni energetiche degli edifici riguardanti la qualità dell'aria interna, l'ambiente termico, l'illuminazione e l'acustica.

Inoltre, strumenti di certificazione della sostenibilità ambientale degli edifici, quali il WELL Building Standard dell’International WELL Building Institute, il protocollo statunitense Leadership in Energy and Environmental Design (LEED), il protocollo inglese Building Research Establishment Environmental Assessment Method (BREEAM), e il Protocollo Itaca italiano, sono stati definiti non solo per la valutazione dell'efficienza energetica dell'edificio e dei consumi ad esso associati, ma anche per la valutazione dell'impatto sull'ambiente e sulla salute delle persone e per fornire garanzie sulla qualità degli edifici dal punto di vista dei materiali utilizzati, delle prestazioni dei sistemi edilizi, della qualità ambientale interna e del comfort.

Vengono così definiti i valori soglia, per i diversi parametri da monitorare, che sono utilizzati come linee guida dai progettisti per garantire l'abitabilità interna, la salute e il benessere degli occupanti.

Le misurazioni dei parametri dell’IEQ consistevano, tradizionalmente, in misure spot effettuate con strumenti accurati e costosi, richiedevano la presenza di personale tecnico ed erano molto invasive nell'ambiente monitorato. Questa metodologia è cambiata nel corso degli anni grazie all'uso di sensori a basso costo nell'ambito dell'IoT (Internet of Things). Ora è possibile eseguire campagne di monitoraggio a lungo termine e diffuse all’interno dell’ambiente. La progettazione di sistemi di monitoraggio continuo, attraverso l'implicazione di reti di sensori wireless e piattaforme software cloud, consente quindi di monitorare, in modo continuo e simultaneo, i domini termico, acustico, di illuminazione e di qualità dell'aria.

I parametri più comunemente monitorati tramite questi sistemi sono:

• Temperatura dell’aria;
• Umidità relativa;
• Illuminamento;
• Livello di pressione sonora;
• Concentrazione di anidride carbonica (CO₂);
• Concentrazione di particolato (PM2.5 e PM10);
• Concentrazione di composti organici volatili (COV)

Per consentire una valutazione sempre più ampia dell'IEQ, la ricerca si è spostata verso il monitoraggio di più di un parametro attraverso la combinazione di più sensori in un'unità monoblocco, a formare i cosiddetti multisensori. Questi dispositivi così sviluppati sono in grado di fornire una quantità elevata di dati e costituiscono un’opportunità per nuove applicazioni e analisi innovative, in particolare nell'ambiente costruito. La loro popolarità è determinata quindi non solo dai bassi costi ma anche dalle ridotte dimensioni, che ne consentono una distribuzione intensiva all’interno dell’ambiente, senza che sia più necessaria la presenza di personale tecnico (se non nel momento dell’installazione e/o manutenzione). Inoltre, non influiscono sul normale svolgimento delle attività delle persone.

Nell'ambito dell’IEQ, dove al monitoraggio di dati oggettivi si affianca spesso la raccolta di feedback soggettivi, è elevato il potenziale della disponibilità di una grande quantità di dati per incrementare metodi di ricerca esistenti volti a comprendere le percezioni degli occupanti degli edifici.

Come funzionano i multisensori

Per quanto riguarda la qualità ambientale interna, i multisensori sono generalmente dotati di una serie di sensori che consentono di valutare contemporaneamente le condizioni termiche, acustiche, di illuminazione e di qualità dell’aria. Tra questi, i sensori più comunemente inseriti all’interno dello strumento consentono di monitorare temperatura, umidità relativa, illuminamento, livello di pressione sonora, anidride carbonica ed eventualmente altri inquinanti dell’aria come particolato, monossido di carbonio, formaldeide, composti organici volatili.

La creazione di una rete di sensori (o multisensori) wireless consente quindi di misurare e diffondere informazioni utili. Oltre al sensore, sono necessari un microprocessore, impiegato per convertire il segnale dei sensori in dati utilizzabili, e un trasmettitore, impiegato per inviare il pacchetto di dati. Risorse di cloud computing possono essere utilizzate per generare informazioni per l’utente finale, il quale vi accede tramite un servizio web.

Un aspetto fondamentale da considerare quando si sviluppa un sistema di monitoraggio dell’IEQ è il processo di acquisizione dei dati.

I dati raccolti da ciascun dispositivo vengono, solitamente, sottoposti a operazioni di elaborazione e aggregazione, per calcolare un indice di IEQ che restituisca in tempo reale un’indicazione agli utenti finali. I dettagli di questi calcoli, sia a livello hardware che software, devono essere definiti durante le fasi iniziali di progettazione. Inoltre, occorre considerare la memoria limitata e la capacità di calcolo a livello del multisensore, la quantità di dati trasferiti per unità di tempo dai multisensori al server e la compressione dei dati sul database.

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