M. del Gaudio - Ricercatore INAIL Settore Ricerca certificazione e Verifica.
P. Addonizio - Direttore Dipartimento Napoli INAIL Settore Ricerca certificazione e Verifica.
Premessa
Le ultime stagioni estive sono state caratterizzate da elevate temperature ed in molte zone d’Italia sono stati superati i 40 °C. In molti uffici sono stati installati apparecchi di climatizzazione a parete, che grazie alla facilità di installazione ed al costo ridotto rispetto ad impianti di condizionamento più complessi, rappresentano la scelta più rapida per migliorare il comfort. In questo studio sono stati esaminati tre casi reali, misurando i parametri microclimatici durante l’utilizzo dei climatizzatori. L’obbiettivo era quello di evidenziare le principali cause di discomfort e di fornire utili indicazioni a quanti hanno intenzione di installare impianti di climatizzazione a parete.
Il comfort in ambienti moderati
Gli ambienti moderati sono caratterizzati da condizioni omogenee e piuttosto costanti nel tempo, scarsi scambi termici fra i soggetti e l’ambiente, attività fisica ridotta ed un abbigliamento uniforme. Questi ambienti vengono analizzati mediante l’utilizzo di indici di valutazione del comfort globale e del comfort locale. Il Prof. Fanger nel 1982 ha messo a punto una metodica sperimentale chiedendo ad un campione di 1300 soggetti nordamericani adulti in buone condizioni di salute di esprimere un voto compreso fra -3 e + 3.
Elaborando i dati ottenuti, Fanger ha messo a punto un metodo che, a partire dalla misura dei parametri climatici, permette di prevedere il voto espresso da un campione medio di persone. Nella norma UNI EN ISO 7730 [1] viene indicato come calcolare questo valore denominato PMV (Predicted Mean Vote).
Tab. 1 - Valori limite per discomfort locale (ISO 7730)
Categorie
Thermal state of body as whole Local discomfort
PPD % PMV DR%
PD%
Vertical air temperature
difference
Warm or cool floor
Radiant asymmetry A <6 -0,2<PMV<+0,2 < 10 < 3 < 10 < 5 B <10 -0,5<PMV<+0,7 < 20 < 5 < 10 < 5 C <15 -0,7<PMV<+0,7 < 30 < 10 < 15 < 10
Contemporaneamente al calcolo dell’indice PMV occorre verificare che non ci siano condizioni di discomfort locale (Tab. 1) ed in particolare che per ciascuna classe di comfort siano rispettati i limiti previsti per :
a) Gradienti termici verticali. L’immissione di aria fredda dal basso o di aria calda dall’alto può provocare una stratificazione termica.
b) Temperatura del pavimento troppo alta o troppo bassa.
c) Asimmetrie nell’irraggiamento.
d) Forti correnti d’aria.
Gli impianti per la climatizzazione
Secondo la definizione dello standard UNI 10339 [4] si intendono climatizzatori quegli apparecchi che : sono in grado di realizzare e mantenere simultaneamente negli ambienti condizioni termiche, igrometriche di qualità e movimento dell’aria comprese entro i limiti richiesti per il comfort della persona. Gli apparecchi di nuova costruzione hanno spesso caratteristiche innovative che non rientrano nella definizione citata quali ad esempio la ionizzazione per eliminare le particelle inquinanti o la fotocatalizzazione per eliminare germi e batteri. Gli apparecchi esaminati in questo lavoro sono anche chiamati “Split” e provvedono a riscaldare/raffreddare, a ventilare, a filtrare e solo nella funzione di raffreddamento a deumidificare. In tali apparecchi viene sfruttato il fenomeno per cui un gas opportunamente compresso ha la capacità di sottrarre calore nel momento in cui ha la possibilità di espandersi nuovamente. La fase di compressione avviene normalmente in una unità posta all’esterno dell’ambiente da climatizzare, mentre l’espansione avviene nella unità interna dotata di un ventilatore per facilitare il rimescolamento dell’aria. Negli apparecchi denominati pompe di calore il processo può essere invertito per ottenere il riscaldamento dell’ambiente. La potenza di tali apparecchi viene normalmente misurata in Kw (Kilowatt) oppure in BTU/h (british termal unit per hour) dove 1KW = 3412,14 btu/h. Gli installatori normalmente propongono una relazione fra i metri quadrati dell’ambiente e la potenza dell’apparecchio. Ad esempio per climatizzare 100 mq e necessario un apparecchio in grado di fornire circa 5000 BTU.
Il layout dei luoghi di lavoro
Durante la progettazione di un luogo di lavoro è più facile prevedere le esigenze di comfort climatico, il discorso si complica quando un luogo di lavoro viene ristrutturato o adeguato a nuove esigenze. Nel primo caso, almeno per ambienti più grandi, è scontata la realizzazione di un impianto centralizzato, nel secondo caso si parte dall’adeguamento di un impianto già esistente e spesso si adottano soluzioni parziali.Nella situazione ideale bisognerebbe conoscere fin dall’inizio il numero di occupanti la posizione delle postazioni,l’attività da svolgere. In questo modo sarebbe possibile stimare le esigenze microclimatiche e di qualità d’aria. In pratica se in un ufficio sono previste due postazioni ma poi se ne creano di più, inevitabilmente si avranno dei deficit nel funzionamento dell’impianto. Il dimensionamento di un impianto tiene conto di fattori climatici, strutturali, di utilizzo (in particolare del numero di persone presenti e della presenza di fonti calore) e di un organizzazione delle postazioni di lavoro. Gli ultimi due fattori sono poco prevedibili e puntualmente disattesi perche un luogo di lavoro spesso viene costruito secondo esigenze diverse da quello per il quale verrà effettivamente utilizzato.
Casi reali
Per verificare gli effetti dell’uso degli Split sui lavoratori sono state effettuate alcune misure di velocità dell’aria e degli altri parametri climatici in tre locali destinati ad ufficio. Le postazioni di lavoro erano diversamente disposte rispetto alla posizione dell’apparecchio per la climatizzazione installato sulla parete ad una altezza di circa 1,80 mt. dal pavimento e con una potenzialità di 18.000 BTU. Tali apparecchi erano tutti del tipo con possibilità di orientamento del flusso d’aria attraverso deflettori regolabili con un angolo massimo di 90.
Le misure sono state fatte tutte alla prima accensione giornaliera dell’apparecchio (apertura dell’ufficio) impostando una temperatura di setup di 21 °C ed un’apertura
massima del deflettore. Nei casi A e B il ventilatore era impostato con la massima velocità (vel. 3) mentre nel caso C la velocità del ventilatore era quella minima (vel.1). Le misure dei parametri sono state realizzate posizionando la centralina microclimatica nella posizione occupata dal lavoratore.
Le misure dei parametri fisici sono state realizzate utilizzando una data logger Babuc/M della LSI con le sonde : Psicrometro BSU 102, Anemometro a filo caldo BSV 10, Globotermometro BST 131.
Di seguito sono riportate le piante dei vari uffici e per ciascuna di esse i valori dei parametri misurati. Nelle tabelle sono riportate anche i valori di PPD e di DR calcolati per ciascuna postazione di lavoro. Per il calcolo del PPD sono stati utilizzati dei valori di metabolismo pari a 1,2 met e di isolamento del vestiario pari a 0,7 clo tipici per un soggetto impegnato in un lavoro alla scrivania.
CASO A
Fig. 1 – Pianta ufficio caso A Tab. 2 - Parametri misurati caso A
Rilievo Postazione Ta (°C) Va (m/s) PPD (%) DR (%)
1 vel. 3 dist. 3,80 mt. 23,43 0,11 10,60 5,82
2 vel. 3 dist. 1,80 mt. 23,56 1,49 5,00 n.d.
CASO B
Fig. 2 – Pianta ufficio caso B Tab. 3 - Parametri misurati caso B
Rilievo Postazione Ta (°C) Va (m/s) PPD (%) DR (%)
3 vel. 3 dist. 1,80 mt. 23,31 0,02 6,82 n.d.
4 vel. 3 dist. 5,60 mt. 23,69 0,05 6,50 0
CASO C
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Fig. 3 – Pianta ufficio caso C
Tab. 4 – Parametri misurati caso C
Analisi critica
Nel caso A la postazione posta a 1.80 mt. di distanza dallo Split è molto svantaggiata e caratterizzata da un elevato valore di velocità dell’aria. La postazione posta a 3,60 mt. è raggiunta da aria a velocità minore. In entrambi i casi l’indice PPD è ottimale anche se paradossalmente nel primo caso il maggiore valore di velocità contribuisce a migliorare il valore dell’indice.
Nel caso B è interessante notare come nella postazione in posizione laterale rispetto al flusso d’aria prevalente di una delle postazioni si ottengono condizioni migliori rispetto postazione posta a quasi 6 mt. dal climatizzatore. Anche in questo caso l’indice PPD è ottimale.
Nel caso C la postazione più vicina allo Split risulta in condizioni di comfort perché non investita direttamente dal flusso in uscita dal climatizzatore. Come nei casi precedenti l’indice PPD è ottimale. L’indice DR è di difficile applicazione perché solo in metà dei casi è possibile ottenere calcolare un valore.
Conclusioni
Questo lavoro vuole offrire un contributo a coloro che per combattere il caldo hanno installato o hanno intenzione di installare nel proprio ambiente di lavoro un climatizzatore del tipo a parete. In molti casi, infatti, l’applicazione di semplici regole può ridurre al minimo il discomfort per i lavoratori. Il minor costo di tali apparecchi rispetto ad impianti centralizzati è sicuramente il fattore che principalmente condiziona la scelta, ma è opportuno utilizzare correttamente gli apparecchi per trarne anche il massimo dei benefici.
Lo studio è partito da misure realizzate in tre ambienti in cui erano installati climatizzatori a parete e in cui erano diversi il lay out e le modalità di utilizzo del climatizzatore. Per ciascun caso sono state effettuate delle misure dei parametri microclimatici calcolando anche gli indici di comfort globale (PPD) e di discomfort locale da correnti d’aria(DR).
Rilievo Postazione Ta (°C) Va (m/s) PPD (%) DR (%)
6 vel.3 dist. 0,60 mt. 23,5 0,05 6,60 0
5 vel. 3 dist. 1,80 mt. 22,5 0,04 6,49 n.d.
7 vel. 3 dist. 3,60 mt. 22,5 0,12 5,00 6,9
Il valore di PPD è stato calcolato per completezza ma è poco significativo perché l’obbiettivo di questo lavoro era soprattutto quello di cogliere l’effetto locale e non il comfort globale ed anche perché i valori misurati sono quelli alla prima accensione che poco hanno risentito dell’effetto del climatizzatore. L’indice di discomfort DR proposto dalla UNI EN ISO 7730 risulta di difficile applicazione perché utilizzabile solo se la velocità dell’aria è maggiore di 0,5 m/s , la temperatura ambiente è compresa fra 20 °C e 26 °C e l’intensità di turbolenza compresa fra 10% e 60 %. Non è stato possibile calcolare l’indice DR in quasi la metà dei casi reali esaminati,.
Per valutare il discomfort è anche significativo confrontare il valore di velocità dell’aria misurato nella postazione con i limiti di velocità indicati dallo standard uni 10339 (1995) [4]
per locali adibiti ad ufficio indicati nella tabella 5.
Tab. 5 – limiti standard uni 10339
Solo in un caso (Caso A) il limite viene superato nettamente, è comunque evidente come la distanza dallo Split comunque possibile fare delle semplici considerazioni che nella realtà non sono sempre così scontate. Sarebbe innanzitutto preferibile utilizzare apparecchi che immettano il flusso d’aria in modo da sfruttare l’effetto coanda evitando di colpire direttamente le postazioni di lavoro. Secondo questo principio un fluido, muovendosi lungo una superficie provoca attrito, che tende a farlo rallentare. La resistenza al movimento del fluido viene applicata però solo alle particelle di fluido immediatamente a contatto con la superficie. Le particelle di fluido esterne, a causa delle interazioni molecolari che tendono a tenerle unite a quelle interne, "ruoteranno" dunque su di esse a causa della differenza di velocità, facendo quindi aderire il fluido alla superficie stessa.L’ubicazione relativa delle postazioni di lavoro e degli apparecchi di climatizzazione è il punto chiave. La posizione diretta della postazione lungo il flusso d’aria è quello da evitare. Se lo spazio a disposizione lo permette, sarà più facile spostare le scrivanie mentre come ultima alternativa spostare l’apparecchio di climatizzazione non è poi una soluzione così complessa. Una soluzione più onerosa ( con la necessità di creare controsoffittature) può essere l’installazione di apparecchi a soffitto (Vedi Fig. 4) che garantiscono una distribuzione più uniforme dell’aria e quindi la possibilità di utilizzare velocità di immissione dell’aria più basse.
Fig.4 - Diffusore a soffitto
E’ utile anche fare attenzione alla posizione degli arredi (armadi, archivi ecc.) per evitare dannosi riflessi e rimozione di sporcizia da quei punti come le parti alte dei mobili in cui normalmente la pulizia avviene raramente. L’utilizzo di qualsiasi apparecchio deve sempre prevedere una idonea formazione ed informazione del personale che non si esaurisca con la consegna del telecomando. Spiegare a tutti la logica di funzionamento può evitare che il cattivo utilizzo sia causa di fastidio o di danni più importanti per la salute. E’ anche importante informare sulla scelta corretta delle temperature di setup in modo da evitare fastidi e sprechi energetici, perché per stare bene non bisogna accorgersi che stiamo raffreddando. Il raffreddamento inoltre deve essere graduale e bisogna tener conto della temperatura esterna evitando di impostare temperature troppo basse. Gli apparecchi di climatizzazione devono essere mantenuti efficienti e in buone condizioni di igiene. E’
buona norma effettuare una pulizia dei filtri prima di ogni accensione stagionale. Le operazioni di pulizia vengono effettuate utilizzando prodotti specifici che hanno un effetto detergente ed anti batterico e pertanto tali operazioni andrebbero svolte dai manutentori indossando guanti e mascherine di protezione, fuori dall’orario di lavoro e facendo funzionare l’impianto a finestre aperte per qualche ora. L’igienizzazione dovrà interessare oltre ai filtri, tutte le parti a diretto contatto con l’acqua di condensa. Molte delle indicazioni proposte sembreranno scontate ma nella realtà la scarsa informazione non permette a tutti di inquadrare correttamente la situazione e di fare le modifiche necessarie. Un cattivo utilizzo delle apparecchiature porta sicuramente a degli sprechi energetici e soprattutto il malessere dei lavoratori non aiuta a produrre meglio e di più.
BIBLIOGRAFIA
1. UNI EN ISO 7730 (2006) - Ergonomia degli ambienti termici - Determinazione analitica e interpretazione del benessere termico mediante il calcolo degli indici PMV e PPD e dei criteri di benessere termico locale.
2. Paolo Lenzuni, Daniela Freda, Michele del Gaudio “CLASSIFICATION OF THERMAL ENVIRONMENTS FOR COMFORT ASSESSMENT” Annals of Occupational Hygiene 2009 53(4):325-332;
3. M. del Gaudio, D. Freda, P. Lenzuni LA CLASSIFICAZIONE DEGLI AMBIENTI TERMICI.
Giornale degli igienisti industriali. 2009 34(2) 186-197.
4. UNI 10339 (1995) - Impianti aeraulici al fine di benessere. Generalità, classificazione e requisiti.
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