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Analisi del comfort globale in aule universitarie: aspetti normativi, indagine statistico-sperimentale, casi di studio

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Academic year: 2021

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(1)

UNIVERSITÀ DI PISA

Scuola di Ingegneria

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Edile e delle Costruzioni Civili

TESI DI LAUREA

Analisi del comfort globale in aule universitarie: aspetti

normativi, indagine statistico-sperimentale, casi di studio

RELATORI:

Prof. Francesco Leccese Ing. Michele Rocca

CANDIDATA:

Antonella Tagliaferro

(2)

INDICE

INTRODUZIONE ... 7

1 ASPETTI DI COMFORT GLOBALE ... 9

1.1 Qualità globale dell'ambiente interno ... 9

1.2 Comfort e benessere nell’edilizia scolastica ... 10

1.3 Comfort termico ... 12

1.3.1 Comfort termico globale ... 14

1.3.2 Comfort termico locale ... 15

1.3.3 Quadro normativo ... 18

1.4 Qualità dell’aria interna ... 20

1.4.1 Inquinanti ... 21 1.4.2 Quadro normativo ... 23 1.5 Comfort acustico ... 26 1.5.1 Descrittori acustici ... 28 1.5.2 Quadro normativo ... 30 1.6 Comfort visivo ... 34

1.6.1 Parametri del comfort visivo ... 35

1.6.2 Quadro normativo ... 38

Riassumendo ... 42

Fonti bibliografiche e sitografia ... 44

2 UTILIZZO DEI QUESTIONARI NELL’ANALISI DEL COMFORT INTERNO ... 57

2.1 Metodi di valutazione della qualità globale dell’ambiente interno ... 57

2.1.1 Valutazione soggettiva degli ambienti confinati ... 58

2.2 Il questionario come strumento di misura ... 58

2.2.1 Progettazione del questionario... 58

2.2.2 Il campionamento ... 63

2.2.3 Modalità di somministrazione ... 64

2.2.4 Scale di valutazione ... 65

2.2.4.1 La scala Likert ... 67

2.2.5 I questionari per la valutazione del comfort globale interno ... 69

2.3 Quadro normativo ... 73

2.3.1 La Norma UNI EN 15251 ... 73

2.3.1.1 Scopo e campo di applicazione ... 74

(3)

2.3.1.3 Ispezioni e misure degli ambienti interni in edifici esistenti ... 76

2.3.1.4 Classificazione e certificazione dell’ambiente interno ... 77

2.3.2 La Norma UNI EN 28802 ... 79

2.3.2.1 Scopo e campo di applicazione ... 79

2.3.2.2 La progettazione di un’indagine ambientale ... 80

2.3.2.3 Misura dell’ambiente termico ... 82

2.3.2.4 Misura dell’ambiente acustico ... 83

2.3.2.5 Misura dell’ambiente luminoso ... 84

2.3.2.6 Misura della qualità dell’aria ... 85

2.3.2.7 Misura delle vibrazioni ... 86

Riassumendo ... 88

Fonti bibliografiche e sitografia ... 90

3 DESCRIZIONE DELLE AULE UNIVERSITARIE CASO DI STUDIO ... 93

3.1 Descrizione del complesso universitario della Scuola di Ingegneria di Pisa ... 93

3.2 Descrizione delle aule caso di studio ... 97

3.2.1 Aula A2.1 ... 97 3.2.2 Aula B3.1 ... 101 3.2.3 Aula SI.5 ... 104 3.2.4 Aula C1.1 ... 108 3.2.5 Aula F2 ... 111 Riassumendo ... 115

Fonti bibliografiche e sitografia ... 118

4 SOMMINISTRAZIONE DEI QUESTIONARI ... 120

4.1 Il questionario sul comfort ambientale interno applicato al caso di studio... 120

4.1.1 Popolazione e periodo di riferimento ... 120

4.1.2 Individuazione del campione ... 121

4.1.3 Tecnica di somministrazione ... 121

4.1.4 La struttura del questionario ... 122

4.2 Somministrazione dei questionari nelle aule caso di studio ... 126

4.2.1 Rilevazione delle informazioni ... 126

4.2.1.1 Aula A2.1 ... 127

4.2.1.2 Aula B3.1 ... 128

4.2.1.3 Aula SI.5 ... 129

4.2.1.4 Aula C1.1 ... 130

(4)

4.2.2 Registrazione dei dati su supporto informatico ... 132

4.2.3 Catalogazione dei risultati ... 132

Riassumendo ... 133

Fonti bibliografiche e sitografia ... 135

5 ELABORAZIONE E ANALISI DEI DATI ... 136

5.1 Elaborazione statistica dei risultati ... 136

5.1.1 Valutazione soggettiva generale del comfort all’interno delle aule oggetto di studio 137 5.1.1.1 Comfort ambientale interno ... 144

5.1.1.2 Aspetti termo-igrometrici ... 146

5.1.1.3 Aspetti acustici ... 153

5.1.1.4 Aspetti visivi ... 159

5.1.1.5 Note ... 165

5.1.1.6 Considerazioni sul comfort ambientale all’interno delle aule oggetto di studio 166 5.1.2 Valutazione soggettiva del comfort all’interno dell’aula A2.1 ... 178

5.1.2.1 Valutazione complessiva ... 178

5.1.2.2 Valutazione per l’anno 2014 ... 190

5.1.2.3 Valutazione per l’anno 2015 ... 195

5.1.2.4 Valutazione per l’anno 2016 ... 200

5.1.2.5 Considerazioni sul comfort ambientale all’interno dell’aula A2.1 ... 205

5.1.3 Valutazione soggettiva del comfort all’interno dell’aula B3.1 ... 209

5.1.3.1 Valutazione complessiva ... 209

5.1.3.2 Valutazione per l’anno 2014 ... 220

5.1.3.3 Valutazione per l’anno 2015 ... 225

5.1.3.4 Considerazioni sul comfort ambientale all’interno dell’aula B3.1 ... 230

5.1.4 Valutazione soggettiva del comfort all’interno dell’aula SI.5 ... 234

5.1.4.1 Valutazione complessiva (anno 2014) ... 234

5.1.4.2 Considerazioni sul comfort ambientale all’interno dell’aula SI.5 ... 242

5.1.5 Valutazione soggettiva del comfort all’interno dell’aula C1.1 ... 245

5.1.5.1 Valutazione complessiva (anno 2016) ... 245

5.1.5.2 Considerazioni sul comfort ambientale all’interno dell’aula C1.1 ... 254

5.1.6 Valutazione soggettiva del comfort all’interno dell’aula F2 ... 258

5.1.6.1 Valutazione complessiva ... 258

(5)

5.1.6.3 Valutazione per l’anno 2015 ... 272

5.1.6.4 Valutazione per l’anno 2016 ... 277

5.1.6.5 Considerazioni sul comfort ambientale all’interno dell’aula F2... 281

5.1.7 Considerazioni complessive sulla qualità globale degli ambienti oggetto di studio 286 Riassumendo ... 292

Fonti bibliografiche e sitografia ... 295

6 MISURE ILLUMINOTECNICHE E ACUSTICHE DI ALCUNE AULE OGGETTO DI STUDIO ... 297

6.1 Misure acustiche in opera ... 297

6.1.1 Descrizione della strumentazione ... 297

6.1.2 Procedura operativa ... 300

6.1.3 Valutazione oggettiva del comfort acustico all’interno delle aule oggetto di studio 304 6.2 Misure illuminotecniche in opera ... 308

6.2.1 Descrizione della strumentazione ... 308

6.2.2 Procedura operativa ... 308

6.2.3 Valutazione oggettiva del comfort visivo all’interno delle aule oggetto di studio 311 6.3 Considerazioni sul comfort acustico e visivo all’interno delle aule oggetto di studio 317 6.4 Valutazione oggettiva e soggettiva a confronto ... 319

6.4.1 Valutazione del comfort acustico e visivo all’interno delle aule oggetto di studio 319 6.4.2 Valutazione del comfort acustico e visivo all’interno dell’aula A2.1 ... 324

6.4.3 Valutazione del comfort acustico e visivo all’interno dell’aula B3.1 ... 326

6.4.4 Valutazione del comfort acustico e visivo all’interno dell’aula SI.5 ... 327

6.4.5 Valutazione del comfort acustico e visivo all’interno dell’aula F2 ... 328

6.4.6 Criticità del metodo e proposte migliorative ... 330

Riassumendo ... 337

Fonti bibliografiche e sitografia ... 340

7 ANALISI STATISTICA SULLE CONNESSIONI TRA I DIVERSI ASPETTI DEL COMFORT GLOBALE ... 344

7.1 Definizione e classificazione delle variabili statistiche ... 344

7.2 Relazioni fra due variabili statistiche qualitative ... 345 7.3 Esempio applicativo: relazione tra la domanda A1 e la domanda B2 del questionario

(6)

7.4 Analisi delle connessioni tra il livello complessivo di benessere percepito e i diversi

aspetti di comfort indagati ... 349

7.4.1 Analisi generale ... 350

7.4.2 Analisi delle connessioni per l’aula A2.1 ... 351

7.4.2.1 Analisi complessiva ... 351

7.4.2.2 Analisi per l’anno 2014 ... 353

7.4.2.3 Analisi per l’anno 2015 ... 355

7.4.2.4 Analisi per l’anno 2016 ... 357

7.4.3 Analisi delle connessioni per l’aula B3.1 ... 358

7.4.3.1 Analisi complessiva ... 358

7.4.3.2 Analisi per l’anno 2014 ... 360

7.4.3.3 Analisi per l’anno 2015 ... 362

7.4.4 Analisi delle connessioni per l’aula SI.5 (anno 2014) ... 363

7.4.5 Analisi delle connessioni per l’aula C1.1 (anno 2015) ... 365

7.4.6 Analisi delle connessioni per l’aula F2... 367

7.4.6.1 Analisi complessiva ... 367

7.4.6.2 Analisi per l’anno 2014 ... 368

7.4.6.3 Analisi per l’anno 2015 ... 370

7.4.6.4 Analisi per l’anno 2016 ... 372

7.5 Analisi delle connessioni tra alcuni aspetti di comfort acustico ... 373

7.6 Analisi delle connessioni tra alcuni aspetti di comfort visivo ... 376

7.7 Considerazioni complessive sull’analisi delle connessioni tra i diversi aspetti del comfort globale ... 379

Riassumendo ... 385

Fonti bibliografiche e sitografia ... 387

CONCLUSIONI ... 388

APPENDICE A ... 403

Catalogazione dei risultati relativi ai questionari per la valutazione del comfort ambientale all’interno delle aule oggetto di studio... 403

(7)

7

INTRODUZIONE

Il livello di qualità della vita negli ambienti interni si sta avviando, nel tempo, verso standard sempre più elevati, al fine di soddisfare le sempre maggiori esigenze di comfort da parte delle persone che all’interno di tali ambienti trascorrono la maggior parte della giornata. Si richiede così sempre maggiore attenzione alla definizione dei requisiti microclimatici di tali spazi, nei quali la sensazione di benessere viene determinata come complessa risposta di un insieme di fattori ambientali, dell’ambiente fisico e dei servizi, oltre che delle condizioni fisiologiche individuali, come la salute e le relazioni sociali. Per questi motivi, la qualità dell’ambiente interno (IEQ), intesa come l’insieme di comfort termico, acustico, illuminotecnico e della qualità dell’aria, e una corretta progettazione degli edifici in cui l’uomo vive e lavora devono necessariamente prevedere un approccio sinergico al benessere in tutte le sue componenti.

Diventa quindi fondamentale conoscere, valutare e progettare le soluzioni migliori che tengono conto dei molteplici parametri che influenzano il benessere ambientale. Conoscere significa raccogliere tutte le informazioni sulle caratteristiche del luogo, sulla destinazione dei locali, i materiali da costruzione, le attività degli utenti, al fine di intervenire attraverso una progettazione integrata e raggiungere livelli di comfort ottimali.

Scopo del presente lavoro è la valutazione della qualità dell’ambiente interno (IEQ) in aule universitarie facenti parte del complesso della Scuola di Ingegneria dell’Università degli Studi di Pisa. Lo studio mira inoltre a sviluppare una metodologia di confronto basata sull’analisi tra i parametri quantitativamente misurati e gli aspetti qualitativi del benessere, determinati dalla risposta da parte dei singoli occupanti ad un questionario specificatamente elaborato. Nel caso specifico, l’attenzione verrà posta sulla percezione di alcuni aspetti di comfort acustico e visivo all’interno degli ambienti in esame.

La metodologia di analisi utilizzata si sviluppa in quattro fasi:

1. Sondaggio effettuato attraverso dei questionari per la valutazione soggettiva della qualità ambientale interna da parte degli occupanti e analisi statistica dei risultati; 2. Osservazioni e registrazioni delle condizioni ambientali esterne;

3. Misurazione dei parametri ambientali interni (tempo di riverberazione, indice di chiarezza, indice di trasmissione del parlato, illuminamento medio, uniformità di illuminamento, fattore medio di luce diurna) al fine di determinare gli indicatori ambientali di benessere acustico e visivo in maniera oggettiva;

(8)

8 4. Confronto tra parametri soggettivi e parametri oggettivi rilevati.

In particolare, la misurazione dei parametri ambientali è stata effettuata in analisi precedenti da personale qualificato del Dipartimento di Ingegneria dell’Energia, dei Sistemi, del Territorio e delle Costruzioni (DESTEC) dell’Università di Pisa con la collaborazione di alcuni tesisti.

(9)

9

1 ASPETTI DI COMFORT GLOBALE

Il comfort abitativo rappresenta un requisito fondamentale nella progettazione degli ambienti interni perché ha lo scopo di migliorare la qualità dell’abitare e garantire livelli elevati di benessere a tutti i soggetti fruitori. Ma il benessere percepito è elevato solo se esso è per l’appunto globale e soddisfa nella maggiore misura possibile tutti i nostri sensi; nel presente capitolo, vengono quindi affrontati tutti gli aspetti del comfort ambientale: il comfort termoigrometrico, quello legato alla qualità dell’aria, quello acustico e quello visivo.

Dopo una prima introduzione alla qualità dell’ambiente interno e l’influenza che può avere sulle condizioni di salute, la produttività e il benessere degli occupanti, in generale e nel caso specifico dell’edilizia scolastica, si passa alla trattazione del comfort nei suoi diversi aspetti. Essi vengono affrontati con un approccio comune, dapprima inquadrandoli e definendo in maniera sintetica i parametri descrittori che li caratterizzano e successivamente delineando l’excursus normativo e legislativo che li contestualizza.

1.1 Qualità globale dell'ambiente interno

La qualità globale dell'ambiente interno, anche detta IEQ (acronimo di Indoor Environmental Quality), intesa come insieme di comfort termico, acustico e visivo e di qualità dell'aria interna, è un parametro fondamentale per garantire le condizioni di benessere degli occupanti ed è legata a molti fattori, che includono non solo le condizioni esterne e una buona progettazione dell'involucro e degli impianti, ma anche una gestione e una manutenzione adeguate, oltre che l'uso responsabile degli impianti stessi da parte degli utenti.

Progettare un nuovo edificio o ristrutturare un edificio esistente implica, dunque, assicurare una buona qualità ambientale interna alle persone che occuperanno gli ambienti. Infatti, come molti studi dimostrano, l’ambiente interno può influenzare fortemente le condizioni di salute, la produttività ed il comfort degli occupanti (Andersson et al., 2006).

Per questi motivi, si presta particolare attenzione ai requisiti degli ambienti scolastici. La mancanza di comfort, come anche i problemi legati alla salute con effetti a breve o a lungo termine, causano un incremento delle assenze per malattia e una riduzione di produttività e prestazione, che nel caso delle scuole si può tradurre in difficoltà di apprendimento, con conseguente incremento dei costi.

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10 Pertanto, un ambiente interno inadeguato, a causa delle condizioni microclimatiche interne, della qualità chimica dell’aria e della qualità acustica e illuminotecnica, può avere conseguenze sulla salute degli occupanti.

Le alte o basse temperature, le variazioni di temperatura, le correnti d’aria, le asimmetrie radianti, i pavimenti caldi o freddi possono causare discomfort termico. Nel breve periodo, si può riscontrare mal di testa, per esempio associato a temperature basse ed elevate umidità (Bianchi et al., 2003), fatica, vertigini, danni al sistema motorio per temperature basse.

Una scarsa qualità dell’aria può comportare, invece, discomfort olfattivo dovuto a odori sgradevoli e disagio dovuto ad aria viziata o stagnante, come anche, a breve termine, irritazione delle mucose per bassi valori dell’umidità relativa, irritazione degli occhi e della gola, naso chiuso o che cola, mal di testa, vertigini, stanchezza inusuale. Nel breve e medio periodo si possono riscontrare problemi di salute più seri quali infezioni, per esempio influenza e raffreddori, attacchi di asma, avvelenamento da monossido di carbonio. In più, si può verificare una sensibilizzazione di coloro che presentano già una tendenza genetica all’asma ed alle aller-gie.

Anche il comfort acustico ed il comfort visivo incidono sulla qualità ambientale indoor. Un ambiente acustico non confortevole, determinato da una cattiva acustica degli ambienti o dal rumore proveniente da altre aule, dagli impianti a servizio dell’edificio o dall’esterno, può provocare riduzione della concentrazione, riduzione dell’intelligibilità del parlato e problemi vocali.

Una luce naturale o artificiale scarsa o addirittura abbagliante e/o visibilità inadeguata comportano, invece, una situazione di discomfort visivo, che può incrementare le reazioni di stress del sistema nervoso centrale e provocare stanchezza e riduzione delle performance. Da tutto questo si evince come sia essenziale avere un buon livello di qualità ambientale interna, considerata nella sua globalità, non come semplice valore aggiunto, ma come una condizione fondamentale che determina la riuscita o meno di un progetto.

1.2 Comfort e benessere nell’edilizia scolastica

Nel caso degli edifici per l’istruzione, il comfort globale interno diventa indispensabile per una soddisfacente fruizione degli stessi e per garantire salute, benessere e produttività degli occupanti.

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11 Vari studi hanno dimostrato che la qualità dell’aria interna è scarsa in molti edifici scolastici in tutto il mondo (Daisey et al., 2003; van Dijken et al., 2006). La composizione dell’aria, infatti, è influenzata dalla presenza di numerosi inquinanti prodotti dall’elevato numero di studenti, come ad esempio CO2, vapore d'acqua, polveri; inoltre, i componenti degli edifici, gli arredi e

le attrezzature contribuiscono al rilascio di ulteriori contaminanti. Oltre agli inquinanti poi, gli studenti stessi cedono all'ambiente energia termica che, in mancanza di un’adeguata ven-tilazione, provoca l’innalzamento della temperatura dell’aria all'interno dell'aula. È stato dimostrato che l’ambiente termico può influenzare gli studenti non solo in termini di comfort ma anche di salute (Bianchi et al., 2003) e di prestazione scolastica (Mendell e Heath, 2005); per questi motivi è fondamentale la progettazione dell’involucro edilizio e degli impianti, in modo da evitare un ambiente termico non adeguato e sgradevole.

Il comfort acustico negli edifici scolastici è un altro aspetto da non trascurare. Un buon ambiente acustico risulta fondamentale per poter soddisfare i compiti principali degli studenti, quali ascoltare, comprendere ed imparare. Invece, una comunicazione verbale difficoltosa, determinata ad esempio da intelligibilità del parlato inadeguata e rumore di fondo troppo elevato, oltre ad avere conseguenze sull’apprendimento e il rendimento da parte degli studenti, comporta l’insorgenza di malattie professionali nei docenti con successiva diminuzione delle loro prestazioni.

Anche l’ambiente visivo può influenzare molti compiti dello studente. Nelle aule scolastiche, una buona illuminazione è essenziale e assicura che sia la lavagna sia il compito visivo siano visibili in maniera agevole e confortevole. Per queste ragioni, bisogna prestare attenzione al progetto dell’impianto di illuminazione artificiale e alla scelta della posizione e delle dimen-sioni delle superfici trasparenti e assicurare un adeguato comfort visivo e buone prestazioni. È chiaro quindi che, in aule scolastiche con una qualità ambientale scarsa, apprendimento e produttività ne risentono in maniera negativa.

Ci sono però altri aspetti che influenzano le condizioni di benessere all’interno degli ambienti scolastici e che non sono da sottovalutare. Uno di questi è la presenza di allergeni, quali ad esempio muffe o pollini e altre sostanze irritanti nell’aria, come vapori chimici o polvere, che provocano disturbi anche piuttosto seri delle vie respiratorie e incidono sulle condizioni di salute di soggetti sensibili; per questi motivi, gli ambienti scolastici dovrebbero essere salubri e puliti, quindi a bassa presenza di allergeni.

Inoltre, in ambienti come questi, in cui le persone si trovano una accanto all'altra, l’elevato rischio di diffusione di infezioni è un altro aspetto a cui prestare attenzione. Il trasferimento per via aerea di bioaerosols (piccole particelle di origine biologica) che si diffondono nell’aria, ad

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12 esempio con la tosse e con gli starnuti, è una diffusa causa di contagio delle malattie infettive negli edifici scolastici. Il ruolo della ventilazione sulla trasmissione degli agenti infettivi è stato studiato da diversi gruppi di ricerca. Il gruppo di ricerca di Shendell et al. (2004) ha dimostrato che la ventilazione ha un effetto positivo sulla riduzione delle assenze degli studenti e ha permesso di giungere alla conclusione che anche le assenze dei docenti per malattia aumentano all’aumentare della concentrazione di CO2. Dunque, come è stato dimostrato, la trasmissione

di infezioni per via aerea può essere prevenuta garantendo un'adeguata ventilazione degli ambienti (Li et al., 2007).

1.3 Comfort termico

Il comfort termico o termoigrometrico rappresenta la condizione di benessere psicofisico che un individuo prova nei riguardi del microclima, inteso come il complesso dei parametri ambientali che condizionano lo scambio termico tra individuo e ambiente. Tale condizione può anche essere definita come neutralità termica, strettamente connessa all'attività del sistema di termoregolazione del corpo umano, il cui scopo è quello di mantenere la temperatura interna del corpo praticamente costante o comunque all’interno di un certo intervallo di valori. In par-ticolare, la temperatura interna deve essere pari a circa 37 °C, mentre quella esterna può variare tra un valore massimo di 45 °C ed un minimo che dipende dalla parte del corpo considerata (mani, piedi, testa e così via). I meccanismi di termoregolazione possono essere di tipo vasomotorio o di tipo comportamentale. I meccanismi di tipo vasomotorio consistono nella modificazione involontaria del flusso sanguigno in prossimità della superficie della pelle (vasodilatazione o vasocostrizione). Qualora questi non siano sufficienti a garantire gli scambi termici necessari, subentrano i meccanismi di tipo comportamentale, che, a seconda che lo scambio termico debba essere aumentato o ridotto, si manifestano rispettivamente con la sudorazione o il brivido.

Pertanto, la condizione di benessere termico di un individuo si verifica quando l’accumulo termico del corpo umano è nullo e l’organismo lascia pressoché inattivi i meccanismi di termoregolazione comportamentale (assenza di brividi o sudorazione) e di termoregolazione vasomotrice (assenza di vasocostrizione o vasodilatazione periferica).

L’organismo, quindi, è un sistema termodinamico alquanto complesso, che al suo interno produce energia termica e interagisce con l'ambiente.

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13 Tutto questo si può esprimere in termini di bilancio di energia termica sul corpo umano per unità di tempo, tramite l’equazione [1.1], valida per gli ambienti termicamente moderati, nei quali si possono realizzare le cosiddette condizioni di comfort termico, a differenza di quelli severi, caldi e freddi (D’Ambrosio Alfano F.R. et al., 2014):

S = M – W - Ed - Esw - Eve - Cve - C - R - K [1.1] dove:

S = variazione di energia interna del corpo umano o accumulo di energia nell’unità di tempo, [W];

M = metabolismo energetico, [W];

W = potenza meccanica efficace, [W];

Ed = potenza termica dispersa per diffusione attraverso la pelle, [W];

Esw = potenza termica dispersa per sudorazione alla superficie della pelle, [W];

Eve = potenza termica dispersa nella respirazione come calore latente (quantità di calore che produce una trasformazione di stato), [W];

Cve = potenza termica dispersa nella respirazione come calore sensibile (quantità di calore scambiata tra due corpi che produce una variazione di temperatura in un oggetto), [W];

C = potenza termica dispersa per convezione, [W];

R = potenza termica dispersa per irraggiamento, [W];

K = potenza termica dispersa per conduzione, [W].

Solitamente i termini contenuti nella [1.1] sono riferiti all’unità di superficie del corpo umano nudo, calcolata con l’equazione [1.2] (D’Ambrosio Alfano F.R. et al., 2014):

Ab = 0,202 Wb0,425 Hb0,725 [1.2]

dove:

Ab = area della superficie corporea, [m2];

Wb = massa corporea, [kg];

Hb = altezza corporea, [m].

Le grandezze che compaiono nell’equazione di bilancio di energia sul corpo umano dipendono, in sintesi, dal sistema edificio-impianto (temperatura, velocità e grado igrometrico dell'aria e temperatura media radiante), dal soggetto esposto all'ambiente termico (il metabolismo ener-getico e le proprietà termofisiche dell'abbigliamento) e dalla fisiologia del corpo umano

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14 (potenza termica dispersa per sudorazione o percentuale di pelle bagnata dal sudore e temperatura della pelle), aspetto legato a sua volta a quelli precedenti. In definitiva, le effettive variabili indipendenti da cui dipende il comfort termico sono sei, delle quali, due sono legate al comportamento dell’individuo nell’ambiente (parametri soggettivi) e quattro dipendono dalle condizioni microclimatiche (parametri ambientali). Tutte queste variabili, in correlazione tra loro, influenzano la condizione termica del corpo umano, quindi il comfort termico.

Il comfort termico si distingue in globale, riferito al corpo nella sua interezza e locale, riferito invece a determinate zone del corpo. La Norma UNI EN ISO 7730 (UNI, 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”, prescrive

che il comfort globale sia valutato mediante l'indice PMV (Voto Medio Previsto) da cui dipende il PPD (Percentuale Prevista di Insoddisfatti) e che quello locale sia invece valutato tramite quattro indici di discomfort locale.

1.3.1 Comfort termico globale

Condizione necessaria per l’ottenimento del comfort termico globale è che l’energia interna del corpo umano non aumenti né diminuisca, ossia che il termine di accumulo nell’equazione di bilancio sia pari a zero, come indicato nella relazione [1.3] (D’Ambrosio Alfano F.R. et al., 2014):

f (abbigliamento, attività, ta, va, UR, tr, Esw, tsk) = 0 [1.3] in cui compaiono le stesse variabili da cui la [1.1] dipende.

Una volta stimati o misurati i parametri ambientali e quelli legati al soggetto, la sensazione termica del corpo nel suo complesso può essere prevista calcolando il voto medio previsto PMV, secondo le specifiche contenute nella norma sopra citata.

L’indice PMV, introdotto da Fanger (1970) a seguito di un’indagine sperimentale, rappresenta il voto medio espresso da un numeroso gruppo di persone sulla scala di sensazione termica a sette punti riportata in Tabella 1.1 e costituisce la sintesi tra la valutazione oggettiva e quella soggettiva del comfort, in quanto correla i risultati di sperimentazioni su persone con quelli ottenuti dal bilancio di energia sul corpo umano. In considerazione della modalità con cui è stato ricavato, l’indice PMV è generalmente utilizzato per valutare il comfort/discomfort termico in ambienti condizionati ma il suo uso è stato esteso anche a edifici non condizionati (Fanger e Toftum, 2002).

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Tabella 1.1 - Scala di sensazione ASHRAE a sette punti.

Voto Sensazione +3 molto caldo +2 caldo +1 leggero caldo 0 né caldo né freddo -1 leggero freddo -2 freddo -3 molto freddo

Oltre al PMV, Fanger definì un altro indice, il PPD (Percentuale Prevista di Insoddisfatti), che rappresenta la percentuale di persone insoddisfatte delle condizioni climatiche riscontrate. Le grandezze PPD e PMV sono tra loro associate secondo una funzione rappresentata in Figura 1.1, dalla quale si evince che anche in condizioni di neutralità termica, in cui il PMV è pari a 0, c’è comunque il 5% di persone che statisticamente si dichiara insoddisfatto.

Figura 1.1 - Relazione tra la Percentuale di Persone insoddisfatta (PPD) ed il voto Medio Previsto (PMV) (da UNI EN ISO 7730).

1.3.2 Comfort termico locale

La condizione di comfort o discomfort globale, riferito al corpo considerato complessivamente, può essere espressa attraverso gli indici PMV e PPD introdotti da Fanger; tuttavia, anche nel caso in cui i valori medi delle grandezze microclimatiche siano tali da garantire le condizioni globali di benessere, può accadere che in alcuni punti dell’ambiente tali condizioni non siano rispettate a causa di disuniformità delle variabili ambientali. Si genera così una condizione di

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16 disagio termico dovuto all’eccessivo raffreddamento o riscaldamento di parti circoscritte del corpo. Questa condizione è chiamata discomfort locale.

Le cause di discomfort localizzato sono sostanzialmente quattro: le correnti d’aria, l’elevata differenza verticale della temperatura dell’aria, il pavimento troppo caldo o troppo freddo e l’elevata asimmetria della temperatura media radiante, ovvero la differenza tra la temperatura media delle superfici che si trovano davanti e dietro, a destra e a sinistra e in alto e in basso rispetto alla persona che occupa l'ambiente. Anche per il discomfort locale viene definita la percentuale di insoddisfatti PD, la cui espressione di calcolo varia al variare della causa di discomfort.

La Norma UNI EN ISO 773O (UNI, 2006) riporta le relazioni e i diagrammi per calcolare la percentuale di insoddisfatti; da Figura 1.2 a Figura 1.4 sono rappresentati i diagrammi relativi rispettivamente al gradiente verticale di temperatura dell’aria, al pavimento caldo o freddo e all'asimmetria radiante.

Un’elevata differenza di temperatura tra il livello della testa e quello delle caviglie può causare discomfort. In Figura 1.2 è mostrata la percentuale di insoddisfatti (PD) prevista in funzione della differenza verticale di temperatura tra testa e caviglie.

Figura 1.2 - Percentuale di insoddisfatti (PD) in funzione della differenza di temperatura tra testa e caviglie. (da UNI EN ISO 7730).

La Figura 1.3 mostra, invece, la percentuale di insoddisfatti in funzione della temperatura del pavimento. Se il pavimento è troppo caldo o troppo freddo gli individui potrebbero percepire una sensazione di discomfort.

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17

Figura 1.3 - Percentuale di insoddisfatti (PD) in funzione della temperatura del pavimento. (da UNI

EN ISO 7730).

In Figura 1.4 è riportata la percentuale di insoddisfatti in funzione dell’asimmetria della temperatura radiante causata da soffitto caldo, parete fredda, soffitto freddo e parete calda.

Figura 1.4 - Percentuale di insoddisfatti (PD) in funzione dell'asimmetria della temperatura radiante, per soffitto caldo (1), parete fredda (2), soffitto freddo (3) e parete calda (4). (da UNI EN ISO 7730).

A proposito del discomfort dovuto a correnti d’aria, il discorso è più articolato, in quanto dipende sicuramente dalla velocità dell’aria stessa, ma anche da altri fattori non meno trascurabili, quali la temperatura della corrente che investe il soggetto e l’intensità della turbolenza.

Il rischio di disagio dovuto alle correnti d’aria, anche detto DR (Draft Risk,) può essere quantificato in termini di percentuale di persone insoddisfatte per corrente d’aria (il PD del fenomeno) e si calcola con la relazione sperimentale [1.4] applicabile a soggetti sedentari e con sensazione termica prossima alla neutralità (UNI EN ISO 7730, 2006):

(18)

18 dove:

DR = Draft risk, rischio da corrente d’aria, [%];

ta = temperatura locale dell’aria che si suppone essere compresa nell’intervallo (20÷26) °C, [°C];

va = velocità dell’aria locale, che si suppone essere inferiore a 0,5 m/s, [m/s];

Tu = intensità di turbolenza, [-].

Generalmente, il disagio aumenta all’aumentare della velocità dell’aria ed al diminuire della temperatura. In condizioni estive, però, l’aumento della velocità dell’aria può essere uno dei modi attraverso i quali si possono ottenere condizioni di benessere.

1.3.3 Quadro normativo

Si riporta l’elenco delle norme utilizzate nel settore degli ambienti termici moderati nella

Tabella 1.2.

Tabella 1.2 - Norme nel settore degli ambienti termici.

Numero Titolo

UNI EN ISO 13731: 2004 Ergonomia degli ambienti termici - Vocabolario e simboli UNI EN ISO 11399: 2001 Ergonomia degli ambienti termici - Principi e applicazione delle

relative norme internazionali

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 UNI EN ISO 7726: 2002 Ergonomia degli ambienti termici - Strumenti per la misurazione

delle grandezze fisiche

UNI EN ISO 8996: 2005 Ergonomia dell'ambiente termico - Determinazione del metabolismo energetico

UNI EN ISO 9920: 2009 Ergonomia degli ambienti termici - Valutazione dell’isolamento termico e della resistenza evaporativa dell'abbigliamento

UNI EN ISO 10551: 2002 Ergonomia degli ambienti termici - Valutazione dell'influenza dell'ambiente termico mediante scale di giudizio soggettivo

UNI EN ISO 28802: 2012

Ergonomics of the physical environment - Assessment of environments by means of an environmental survey involving physical measurements of the environment and subjective responses of people

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19

Numero Titolo

ISO/TS 13732-2: 2001

Ergonomics of the thermal environment - Methods for the assessment of human responses to contact with surfaces - Part 2: Human contact with surfaces at moderate temperature

UNI EN ISO 15265: 2005

Ergonomia dell'ambiente termico - Strategia di valutazione del rischio per la prevenzione dello stress o del disagio termico in condizioni di lavoro

ISO/TS 14415: 2005 Ergonomics of the thermal environment - Application of International Standards to people with special requirements

La Norma UNI EN 7730 (UNI, 2006) è la norma cardine; contiene, infatti, le equazioni di definizione degli indici PMV e PPD, le equazioni e i diagrammi per il calcolo degli indici di discomfort termico e ha introdotto la classificazione degli ambienti termici in funzione dell’intervallo del PMV e degli indicatori di discomfort locale. Questa classificazione è stata poi ripresa dalla UNI 10339 (UNI, 2013) e dalla UNI EN 15251 (UNI, 2008) che prevede classi simili a quelle della 7730, eccetto per il nome e per l’introduzione di un’ulteriore categoria. La Norma UNI EN ISO 8996 (UNI, 2005) fornisce i metodi per la misura e la valutazione del metabolismo energetico e fornisce una serie di tabelle che vanno da quelle che permettono la valutazione per tipo di occupazione e di attività a quelle che consentono di valutare il metabolismo energetico come somma di contributi, dovuti per esempio al metabolismo basale, a quello legato al movimento delle braccia e così via.

La Norma UNI EN ISO 9920 (UNI, 2009) è la norma che specifica i metodi per la misura e la valutazione dell’isolamento termico e della resistenza evaporativa dell’abbigliamento e fornisce una serie di tabelle per la valutazione dell’isolamento termico statico dell’abbigliamento con diversi livelli di dettaglio.

La Norma UNI EN ISO 7726 (UNI, 2002) è la norma sulla strumentazione e sui metodi di misura.

La Norma UNI EN ISO 10551 (UNI, 2002) è la norma sulla valutazione oggettiva.

La Norma UNI EN ISO 15265 (UNI, 2005) fa riferimento alla valutazione del rischio, per cui fa pensare a situazioni che non siano di comfort; in realtà, la norma si basa sulla strategia Sobane, proposta nel 1991 da Malchaire (Malchaire e Mairiaux, 1991), che può essere applicata a un qualunque tipo di valutazione.

La Norma UNI EN ISO 28802 (UNI, 2012) presenta una metodologia di indagine per valutare dal punto di vista oggettivo e soggettivo la qualità dell’ambiente interno. In particolare, per ciascuno dei quattro aspetti della IEQ (comfort termico, acustico e visivo e qualità dell’aria) la

(20)

20 norma definisce, direttamente o facendo riferimento ad altre norme, i parametri da misurare, gli strumenti da utilizzare e le modalità di indagine.

La Norma UNI EN 15251 (UNI, 2008) riguarda la progettazione della qualità dell’ambiente interno nell’ambito del quadro normativo riferibile alla Direttiva Europea 2002/91/CE (Parlamento Europeo, 2002). La 15251, che riprende la UNI EN ISO 7730 per quanto riguarda i valori limite, prescrive anche i valori di temperatura operativa da utilizzare nel progetto degli impianti HVAC e nei calcoli energetici del sistema edificio-impianto in funzione della destinazione d'uso degli ambienti e della categoria di qualità ambientale che si intende conseguire. La Norma affronta anche il problema della valutazione a lungo termine e quello dell'adattamento, definito come quella regolazione fisiologica, psicologica e comportamentale

degli occupanti dell’edificio all’ambiente termico interno al fine di evitare il discomfort; la

teoria adattativa sostiene che negli ambienti naturalmente ventilati queste regolazioni sono spesso conseguenza di cambiamenti delle condizioni meteorologiche esterne.

1.4 Qualità dell’aria interna

La qualità dell’aria interna (IAQ, dall’inglese Indoor Air Quality) ha un ruolo fondamentale ai fini del benessere e della produttività delle persone negli ambienti confinati, per le implicite ripercussioni sanitarie che comporta.

Numerosi studi e ricerche svolti in tutto il mondo (Andersson et al., 1997; Ahlbom et al., 1998; Bornehag et al., 2001; Wargocki et al.2001; Schneider et al., 2003, van Odijk et al., 2003) hanno evidenziato la presenza, in tutti i comuni ambienti di vita, di molteplici agenti inquinanti nocivi per la salute degli occupanti, provenienti sia dall’aria esterna che da fonti interne all’edificio. Gli inquinanti presenti nell’aria esterna entrano negli ambienti interni insieme all’a-ria di ventilazione e, contemporaneamente, gli elementi di arredo, i mateall’a-riali da costruzione, le persone, la manutenzione non corretta degli impianti di condizionamento possono essere causa di inquinamento indoor.

Le conseguenze di un ambiente poco salubre possono manifestarsi attraverso la cosiddetta Sindrome da Edificio Malato (Sick Building Syndrome, SBS), che determina numerosi disturbi, quali mal di testa, apatia, perdita di concentrazione, nausea, gola secca, irritazione della pelle e degli occhi; si parla di SBS quando tutti questi sintomi sono percepiti da almeno il 20 % degli occupanti per almeno due settimane. Gli studi condotti fino a oggi non hanno ancora identificato una causa scatenante (Wargocki et al., 1999; Wargocki et al, 2000), ma fattori imputabili sono

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21 le politiche di risparmio energetico, il crescente impiego di materiali di derivazione chimica contenenti sostanze nocive, la scarsa ventilazione, la scarsa qualità dell’ambiente interno, l’incremento del tempo trascorso in ambienti chiusi, la predisposizione degli occupanti. In linea di principio, l’aria negli ambienti confinati a uso civile dovrebbe presentare un contenuto di contaminanti sufficientemente basso e tale da garantire che vi sia un rischio trascurabile per la salute e la sicurezza degli occupanti; inoltre, dovrebbe risultare non sgradevole dal punto di vista della percezione.

Pertanto, la qualità dell’aria interna si definisce accettabile quando non contiene contaminanti

noti in concentrazioni nocive, come stabilito dalle autorità competenti, e per la quale una sostanziale maggioranza delle persone esposte (80% o più) non esprime insoddisfazione

(ASHRAE, 2013).

1.4.1 Inquinanti

La qualità dell’aria interna è influenzata da inquinanti sia interni che esterni.

I contaminanti esterni, riportati in sintesi nella Tabella 1.3, penetrano all’interno degli edifici attraverso un continuo scambio di aria con l’esterno. Queste sostanze sono prodotte dalle attività umane, quali il traffico stradale e i processi industriali, ma anche da fonti naturali, come il sottosuolo, i funghi, i pollini.

Tabella 1.3 - Principali contaminanti presenti nell’aria esterna e loro più diffuse fonti.

Contaminanti esterni Principali fonti Anidride carbonica Ossidi di azoto Ossidi di zolfo Particolato Piombo Processi industriali Ossidi di azoto Carburanti additivi Monossido di carbonio Particolato Piombo Polvere di carbone Traffico stradale

(22)

22 Contaminanti esterni Principali fonti

Ossidi di zolfo Pollini

Ozono Microrganismi (muffe, batteri, funghi)

Particolato aerodisperso Fumo di tabacco, attività umane, combustione

I contaminanti aerodispersi originati all’interno degli ambienti sono identificabili in tre categorie:

- contaminanti prodotti nei processi di combustione per il riscaldamento e per la cottura dei cibi;

- contaminanti emessi dai materiali impiegati per la costruzione e per l’arredamento; - contaminanti dovuti alla presenza e alle attività degli occupanti.

Nella Tabella 1.4 sono elencati i principali inquinanti interni e le rispettive fonti.

Tabella 1.4 - Principali contaminanti presenti nell’aria indoor e loro più diffuse fonti.

Contaminanti interni Principali fonti

Composti organici volatili (VOC)

Metabolismo, prodotti cosmetici, materiali da costruzione, isolanti termici, arredi (mobili, moquettes, rivestimenti), colle, adesivi, solventi, prodotti per la pulizia, disinfettanti, insetticidi, fumo di tabacco

Monossido di carbonio Combustione non completa (fornelli, caldaie, stufe a gas), fumo di tabacco

Biossido di carbonio Ossidi di azoto Ossidi di zolfo

Metabolismo, combustione (fornelli, caldaie, stufe a gas), fumo di tabacco

Vapor d’acqua Metabolismo, attività umane, combustione (fornelli, caldaie, stufe a gas) Composti organici

volatili (VOC) Ozono

Stampanti laser, fotocopiatrici, fax, sistemi UVGI (Ultraviolet germicidal irradiation) Anidride carbonica Ossidi di azoto Ossidi di carbonio Ozono Particolato aerodisperso

Fumo di tabacco, attività umane, combustione, impianti di ventilazione non adeguatamente manutenuti

(23)

23 I contaminanti possono indurre sulle persone effetti di diversa entità, quali sollecitazioni olfattive, talvolta accompagnate da mal di testa, irritazioni alla gola e agli occhi, effetti biologici su alcuni organi, come l’apparato respiratorio o la pelle, sotto forma di irritazioni e reazioni allergiche, ma anche effetti cancerogeni. Questi effetti variano da sostanza a sostanza: alcune, come il monossido di carbonio e il radon, non sono percepibili neanche alle concentrazioni alle quali sono molto dannose, mentre altre, come alcune sostanze organiche, non sono affatto dannose ma risultano sgradevoli anche in concentrazioni minime.

Il parametro che generalmente viene utilizzato per misurare la presenza di un contaminante in un ambiente è la concentrazione, la cui unità di misura dipende dalla fase in cui il contaminante si trova: per la fase gassosa, solitamente si usa il ppm4, ma sono diffusi anche il kg/m3, il mg/m3 e il g/kg, per il particolato solido si usa il mg/m3, ma anche il cfu/m3, riferito al numero di microrganismi presenti in un volume di riferimento; infine, per i gas radioattivi l’unità di misura più usuale è il Bq/m3, in cui un Bq corrisponde a una trasformazione radioattiva al secondo. I valori limite per i contaminanti sono spesso espressi in termini di:

- valori di picco, che non devono mai essere superati;

- concentrazioni massime ammissibili (MAC), riferite a un valore medio calcolato su otto ore; - concentrazioni interne accettabili (AIC), riferite a un valore medio annuale.

Poiché la concentrazione può variare nel tempo, l’esposizione a un determinato contaminante può essere valutata in un assegnato periodo ed espressa come una media pesata nel tempo (TWA), come limite di esposizione di breve termine (STEL) o ancora come valore limite di soglia (TLV).

1.4.2 Quadro normativo

In Italia non esiste un quadro normativo e/o legislativo chiaro e univoco relativo all’ottenimento e al mantenimento della qualità dell’aria interna, ma un tema fortemente collegato è quello riguardante la manutenzione degli impianti aeraulici e la loro pulizia. Di seguito, sono indicati i più importanti riferimenti di sostegno alla progettazione.

Il più importante documento di riferimento si intitola “Linee Guida per la tutela e la promozione

della salute negli ambienti confinati” (Conferenza Permanente, 2001). Il documento fornisce

indicazioni a livello normativo e tecnico relative alla progettazione, costruzione e gestione degli edifici, indispensabili per la realizzazione di un programma nazionale per la prevenzione e la promozione della salute negli ambienti confinati.

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24 Un’importanza particolare viene attribuita al rischio derivante dall’emissione di gas radon da parte dei materiali edilizi nelle residenze attraverso il Piano Nazionale Radon, predisposto in Italia nel 2002 in analogia a quanto fatto in altri Paesi e che consiste in un piano pluriennale per realizzare, in modo coordinato a livello nazionale, il complesso di azioni necessarie per ridurre il rischio di tumore polmonare associato all’esposizione al radon.

Per quanto riguarda le disposizioni di legge, qualche accenno indiretto al tema della qualità dell’aria interna è contenuto nel decreto del Presidente della Repubblica 2 Aprile 2009, n. 59, “Regolamento di attuazione dell'articolo 4, comma 1, lettere a) e b), del decreto legislativo 19

agosto 2005, n. 192, concernente attuazione della direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico in edilizia”, nel quale è prescritta l’assenza di condensazioni superficiali negli

ambienti interni (articolo 4, comma 17). Queste, infatti, causano la formazione di muffe che hanno effetti negativi per la salute (WHO, 2009).

A livello locale, i regolamenti edilizi e di igiene considerano l’argomento, ma limitandosi a prescrizioni sul cosiddetto rapporto aero-illuminante minimo (in genere pari a 1/8 della superficie calpestabile in riferimento all’edilizia residenziale) o sul ventilatore di estrazione nei bagni ciechi o ancora sulla cappa a servizio dei fuochi di cottura nelle cucine.

Ulteriori indicazioni sono contenute nel decreto legislativo 9 aprile 2008 n. 81, “Testo Unico

in materia di salute e sicurezza sul lavoro”, in particolare, riguardo alle caratteristiche e alle

prestazioni degli impianti di climatizzazione (allegato 4, punto 1.9).

Per quanto riguarda il panorama normativo italiano, nella Tabella 1.5 sono elencate le norme utilizzate nel settore della qualità dell’aria interna.

Tabella 1.5 - Norme nel settore della qualità dell’aria interna.

Numero Titolo

UNI 10339: 1995 Impianti idraulici ai fini del benessere. Generalità, classificazione e requisiti. Regole per la richiesta d’offerta, l’offerta, l’ordine e la fornitura UNI/TS 11300-1:

2014

Prestazioni energetiche degli edifici. Determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva e invernale

UNI/TS 11300-2: 2014

Prestazioni energetiche degli edifici. Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale, per la produzione di acqua calda sanitaria, per la ventilazione e per l'illuminazione in edifici non residenziali

UNI/TS 11300-3: 2010

Prestazioni energetiche degli edifici. Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva

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25

Numero Titolo

UNI/TS 11300-4: 2016

Prestazioni energetiche degli edifici. Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria

UNI 7129-2: 2015

Impianti a gas per uso domestico e similari alimentari da rete di

distribuzione - Progettazione e installazione - Parte 2: Installazione degli apparecchi di utilizzazione, ventilazione e areazione dei locali di

installazione

UNI EN 13779: 2008 Ventilazione degli edifici non residenziali. Requisiti di prestazione per i sistemi di ventilazione e di climatizzazione

UNI EN 15251: 2008

Criteri per la progettazione dell’ambiente interno e per la valutazione della prestazione energetica degli edifici, in relazione alla qualità dell’aria interna, all’ambiente termico, all’illuminazione e all’acustica UNI EN 12792: 2005 Ventilazione degli edifici - Simboli, terminologia e simboli grafici UNI EN ISO 13788:

2013

Prestazione igrotermica dei componenti e degli elementi per edilizia - Temperatura superficiale interna per evitare l’umidità superficiale critica e condensazione interstiziale - Metodi di calcolo

ANSI/ASHRAE Standard 62.1: 2013

Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality

ANSI/ASHRAE Standard 62.2: 2013

Ventilation and Acceptable Indoor Air Quality in Low-Rise Residential Buildings

UNI EN 12097: 2007 Ventilazione negli edifici - Rete delle condotte - Requisiti relativi ai componenti atti a facilitare la manutenzione delle reti delle condotte UNI EN 12599: 2012 Ventilazione per edifici - Procedure di prova e metodi di misurazione per la

presa in consegna di impianti di ventilazione e di condizionamento dell’aria In sostanza, le norme di riferimento sono le seguenti:

- UNI 10339 (UNI, 1995): disciplina in modo univoco tutte le tipologie di impianti di ventilazione utilizzati a scopo di benessere e contiene un metodo per calcolare le portate di aria prevalentemente in riferimento agli ambienti del terziario;

- UNI TS 11300-1 (UNI, 2014): la specifica tecnica contiene un metodo per la valutazione dei fabbisogni energetici legati al ricambio dell’aria, con e senza impianto di ventilazione, e si riferisce a tassi di rinnovo d’aria convenzionali (valori standardizzati), lontani però dall’ottenimento di una adeguata qualità dell’aria interna;

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26 - UNI 7129-2 (UNI, 2015): la norma è specificatamente dedicata alla modalità di aerazione o ventilazione dei locali di installazione degli impianti a gas per uso domestico, al fine di una corretta evacuazione di eventuali contaminanti legati al loro funzionamento;

- UNI EN 13779 (UNI, 2008): contiene i requisiti prestazionali per i sistemi di ventilazione e climatizzazione per l’ottenimento di una adeguata qualità dell’aria interna negli ambienti non residenziali, nonché la classificazione dell’aria interna, esterna e trattata;

- UNI EN 15251 (UNI, 2008): contiene i riferimenti per l’ottenimento di una adeguata qualità dell’ambiente interno relativamente al comfort termico, visivo e acustico e alla qualità dell’aria. La norma definisce la classificazione degli ambienti in funzione delle concentrazioni raccomandate di CO2 rispetto alla concentrazione esterna;

- UNI EN 12792 (UNI, 2005): contiene i simboli, la terminologia e i simboli grafici inerenti la ventilazione negli edifici e la qualità dell’aria interna;

- UNI EN ISO 13788 (UNI, 2013): contiene un metodo di riferimento per determinare il valore della temperatura superficiale interna minima dei componenti edilizi tale da evitare la crescita di muffe, in corrispondenza di valori prefissati di temperatura dell’aria e umidità relativa interna;

- UNI EN 12097 (UNI, 2007): riguarda la rete delle condotte e i requisiti relativi ai componenti atti a facilitarne la manutenzione.

Ci sono infine due norme statunitensi, che sono un riferimento anche in Italia:

- ASHRAE Standard 62.1 (ASHRA.E, 2013): contiene i requisiti per l’ottenimento di una qualità dell’aria accettabile mediante tecniche di ventilazione nell’edilizia residenziale in edifici condominiali e in edifici del terziario con più di tre piani, i cosiddetti high rise

buildings. Questa norma, associata alla parte 2, è adottata dalla maggior parte dei

regolamenti edilizi statunitensi;

- ASHRAE Standard 62.2 (ASHRAE, 2013): contiene i requisiti per l’ottenimento di una qualità dell’aria accettabile mediante tecniche di ventilazione nell’edilizia residenziale con altezza inferiore a 3 piani, i cosiddetti low rise buildings.

1.5 Comfort acustico

Il comfort acustico viene definito come la condizione psicofisica di soddisfacimento delle esigenze acustiche espresse dall’utente e dipende sia dalle caratteristiche della sorgente e dell’ambiente sia da quelle psicofisiche degli individui e dal tipo di attività da loro svolta.

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27 Nell’ambiente scolastico, le sorgenti che contribuiscono all’esposizione al rumore degli studenti e dei docenti possono essere molteplici e possono essere tanto interne all’edificio quanto esterne, sulle quali non sempre o, più precisamente, quasi mai è possibile intervenire. Le fonti esterne sono essenzialmente costituite dal traffico veicolare, trasporto aereo, treni e altre sorgenti mobili o fisse e dalla eventuale presenza, in prossimità dell’edificio, di attività produttive industriali. Le fonti interne, che possono riguardare specificatamente l’ambiente oggetto di studio o altri ambienti dello stesso edificio, sono le attività umane nel sottofondo e gli impianti (ascensori, montacarichi, l’impianto idraulico, ecc.) e apparecchiature varie. Pertanto, il comfort acustico va tenuto in conto fin dalla prima concezione dell’edificio, nella corretta definizione delle caratteristiche acustiche dei componenti dell’edificio (involucro, spazi interni, impianti di condizionamento ed altri impianti). Una progettazione poco accurata e/o la realizzazione di un isolamento acustico insufficiente si concretizza in uno scarso controllo del rumore, che può determinare problemi legati all’esposizione a livelli di rumore elevati, sia per gli studenti che per i docenti. Alcuni esempi di questi sintomi possono essere il discomfort acustico e, in alcuni casi gravi, un deficit al sistema uditivo o problemi al sistema della fonazione, fino ad effetti extra-uditivi con disturbi ai sistemi respiratorio e circolatorio. Inoltre, un’attenzione insufficiente per la qualità acustica ambientale può causare eccessivo riverbero, che rappresenta la principale causa di scarsa intelligibilità del parlato, ovvero la comprensibilità di un suono, di una conversazione, da parte di un ascoltatore. Tutto questo condiziona la comunicazione tra studenti e tra studenti e professori con una conseguente influenza negativa sul processo cognitivo.

Effettivamente, un’esposizione cronica al rumore comporta carenze nell’attenzione prolungata e nell’attenzione visiva, scarsa discriminazione uditiva e percezione della parola, scarsa memoria per compiti che richiedono elaborazione di materiale semantico e limitata abilità nella lettura. In più, l’eccesso di rumore può provocare disturbo e affaticamento, determinando una riduzione delle prestazioni scolastiche ma anche interruzione della continuità didattica per gli insegnanti causata da malattie dell’apparato fonatorio e dallo stress. Ne conseguono effetti nocivi per l’apprendimento e le prestazioni scolastiche degli studenti.

Inoltre, rispetto ad altri lavoratori, i docenti presentano con maggior frequenza sintomi legati a patologie vocali e lamentano sensazioni di malessere ad essi correlate. Alcuni studi riferiti al comportamento vocale dei docenti esposti ad ambienti rumorosi hanno provato che l’incremento del livello di rumore di fondo causa un innalzamento del livello del parlato (Lane e Tranel, 1971; Sato e Bradley, 2004). In queste condizioni, per chi ascolta diventa più difficile comprendere il messaggio verbale e per chi parla non è semplice sostenere la conversazione: le

(28)

28 conseguenze degli innalzati livelli vocali sono innanzitutto la fatica, ma anche l’aumento del rischio di contrarre malattie professionali a carico del sistema di fonazione.

1.5.1 Descrittori acustici

Il nostro apparato uditivo è in grado di percepire enormi variazioni dell’ampiezza di un suono: il rumore che danneggia l’udito è grande più di un milione di volte rispetto a quello minimo in cui siamo in grado di sentire; da qui la necessità di esprimere la misura dell'intensità del suono mediante una scala logaritmica. Per tale ragione l’entità delle grandezze acustiche è usualmente espressa in termini di “livello” in rapporto a valori convenzionali di riferimento.

Alla luce delle considerazioni fin qui fatte, si possono individuare due indicatori semplici legati al comfort acustico: il livello equivalente di pressione sonora ponderato A (relativo alla sensazione dell’orecchio umano) ed il tempo di riverberazione. Ulteriori criteri basati sull’isolamento per via aerea delle partizioni, sull’isolamento acustico da calpestio e su altri descrittori acustici sono comunque utili sia in fase di progetto che a scopo di verifica.

Il livello continuo equivalente di pressione sonora ponderato A LAeq è definito come il valore del livello di pressione sonora ponderata A di un suono costante che, in un intervallo di tempo assegnato, ha la medesima pressione quadratica media di un suono considerato, il cui livello varia in funzione del tempo (Ministero dell’Ambiente, 1998):

LAeq = 10 log [ 1 T∫ pA2(t) p02 ⅆt T ] [1.6] dove:

LAeq = livello continuo equivalente di pressione sonora, [dBA];

pA(t) = pressione sonora istantanea ponderata A, [Pa];

p0 = valore della pressione sonora di riferimento, pari a 20∙10-6 Pa, [Pa];

T = intervallo di tempo di misura, [s].

Il livello di pressione sonora equivalente è la media integrata nel tempo del livello di pressione sonora. Definisce dunque un valore univoco descrittivo della rumorosità complessiva e può essere usato come criterio per una verifica globale della progettazione acustica dell’edificio e quindi dell’isolamento acustico dell’involucro edilizio, delle pareti e dei pavimenti allo scopo di ottenere un adeguato comfort acustico nelle aule.

Il tempo di riverberazione T60 è definito come l’intervallo di tempo necessario affinché il livello di pressione sonora decada di 60 dB dall’istante in cui viene interrotta la sorgente sonora che

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29 lo produce. Il calcolo del tempo di riverberazione viene effettuato con la seguente relazione, nota come la formula di Sabine (D’Ambrosio Alfano F.R. et al., 2014):

T60 = 0,161 V ∑αiSi [1.7] dove: T60 = tempo di riverberazione, [s]; V = volume dell’ambiente, [m3];

𝛼𝑖 = coefficiente di assorbimento acustico del materiale costituente la superficie Si, [-];

𝑆𝑖 = area della superficie generica dell’ambiente interno, [m2].

Il tempo di riverberazione influenza l’intelligibilità del parlato, per cui spesso viene utilizzato come indicatore della qualità acustica degli ambienti scolastici.Il valore ottimale del tempo di riverberazione in un ambiente destinato all’ascolto della parola rappresenta il giusto compromesso tra il raggiungimento di un livello sonoro sufficiente per un’audizione senza sforzo in tutti i punti dell’ambiente e l’assenza di mascheramenti tra le sillabe del messaggio parlato. Pertanto, valori ottimali di T60 dipendono dalla destinazione d’uso dell’ambiente considerato (aula, laboratorio musicale, refettorio, palestra); il tempo di riverberazione può essere controllato scegliendo opportunamente i materiali delle superfici che delimitano gli ambienti e quelli degli arredi.

Un altro aspetto rilevante della propagazione del suono negli ambienti confinati riguarda le proprietà intrinseche di isolamento acustico delle strutture che delimitano e definiscono l’ambiente nei confronti del rumore trasmesso per via aerea, le quali vengono rappresentate dal

potere fonoisolante, R, dato dalla relazione [1.8] (UNI EN ISO 140-3, 2006):

R = 10 log 𝑊1

𝑊2

[1.8]

dove:

R = potere fonoisolante, [dB];

W1 = potenza sonora incidente sul divisorio, [W];

W2 = potenza sonora trasmessa attraverso il divisorio, [W].

Più il valore del parametro è alto, migliore è la prestazione di isolamento. Dunque, per ridurre il rumore di fondo nelle aule scolastiche è fondamentale realizzare un adeguato isolamento dei divisori e dell’involucro edilizio ponendo, inoltre, attenzione alla distribuzione degli spazi in funzione delle attività che si prevede vi si debbano svolgere.

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30 Le proprietà di isolamento ai rumori impattivi di una struttura orizzontale vengono invece definite dal livello di rumore di calpestio, Ln, che si genera nell'ambiente disturbato, in genere quello sottostante il solaio, quando questo viene sollecitato da una macchina normalizzata di calpestio.Di conseguenza, più basso è il livello di rumore misurato, migliori sono le prestazioni di isolamento del solaio.

La qualità acustica dell'ambiente interno dipende anche dalla capacità delle strutture dell'involucro edilizio di mitigare la propagazione delle sorgenti di rumore esterne. Diventa quindi importante conoscere il potere fonoisolante e l'estensione superficiale delle diverse strutture edilizie, opache e trasparenti, che separano l'ambiente dall'esterno e che contribuiscono a determinare l'isolamento acustico di facciata D2m,nT, che caratterizza la capacità di una facciata di abbattere i rumori aerei provenienti dall’esterno. Pertanto, alti valori del parametro indicano migliori prestazioni di isolamento.

Tutte queste grandezze, funzione della frequenza, generalmente vengono caratterizzate da un indice unico, che si indica con il simbolo della grandezza seguito dal pedice w e che si ottiene confrontando la curva che rappresenta l'andamento in frequenza della grandezza di interesse con le rispettive curve di riferimento definite in normativa.

1.5.2 Quadro normativo

In Italia, con l'emanazione della Legge 26 ottobre 1995, n.447, “Legge quadro

sull’inquinamento acustico”, dei relativi Decreti attuativi e delle successive modiche introdotte

dal Decreto legislativo 17 febbraio 2017, n.42, “Disposizioni in materia di armonizzazione

della normativa nazionale in materia di inquinamento acustico”, sono state fornite importanti

disposizioni in merito ai valori limite ritenuti accettabili per garantire condizioni di comfort acustico all’interno di ambienti civili.

Il decreto del Presidente del Consiglio dei ministri 14 novembre 1997, “Valori limite delle

sorgenti sonore” con riferimento alle sorgenti di rumore esterne all'edificio, ad esclusione di

quelle delle infrastrutture viarie, definisce i limiti assoluti in funzione della zonizzazione acustica del territorio comunale in cui sono inseriti gli edifici

Sempre in riferimento ai livelli massimi di rumore ritenuti accettabili e immessi da sorgenti sonore impiantistiche, il decreto del Presidente del Consiglio dei ministri 5 dicembre 1997, “Requisiti acustici passivi degli edifici”, è il documento di riferimento nella normativa italiana per l’acustica in edilizia. Il decreto prescrive i requisiti di isolamento acustico delle diverse unità tecnologiche ed i limiti relativi alla rumorosità prodotta dagli impianti.

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31 In merito agli edifici scolastici, si fa un ulteriore riferimento al decreto del Ministro della Salute 18 dicembre 1975, “Norme tecniche aggiornate relative all'edilizia scolastica, ivi compresi gli

indici di funzionalità didattica, edilizia ed urbanistica, da osservarsi nella esecuzione di opere di edilizia scolastica”, che prevede ulteriori verifiche acustiche rispetto a quelle elencate dal

D.P.C.M. 5 dicembre 1997 e fornisce alcuni criteri relativi alla determinazione del tempo ottimale di riverberazione in funzione della frequenza e del volume dell’ambiente.

Per quanto riguarda i riferimenti normativi di supporto per la definizione dei parametri in questione, si riporta nella Tabella 1.6 l’elenco delle norme tecniche utilizzate.

Tabella 1.6 - Norme nel settore dell’acustica edilizia.

NORME TECNICHE PER LA PROGETTAZIONE DEI REQUISITI ACUSTICI PASSIVI

Numero Titolo

UNI EN ISO 12354-1: 2002

Valutazioni delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle

prestazioni di prodotti - Isolamento dal rumore per via aerea tra ambienti UNI EN ISO 12354-2:

2002

Valutazioni delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti - Isolamento acustico al calpestio tra ambienti UNI EN ISO 12354-3:

2002

Valutazioni delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti - Isolamento acustico contro il rumore proveniente dall’esterno per via aerea

UNI EN ISO 12354-4: 2002

Valutazioni delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti - Trasmissione del rumore interno all’esterno UNI EN ISO 12354-5:

2002

Valutazioni delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti - Livelli sonori dovuti agli impianti tecnici UNI EN ISO 12354-6:

2002

Valutazioni delle prestazioni acustiche di edifici a partire dalle prestazioni di prodotti - Assorbimento acustico in ambienti chiusi UNI TR 11175: 2005 Guida alle norme serie UNI EN 12354 per la previsione delle prestazioni

acustiche degli edifici – Applicazione alla tipologia costruttiva nazionale UNI EN 15251: 2008 Criteri di progettazione per la qualità acustica indoor e valutazione delle

prestazioni energetiche

UNI 11532: 2014 Caratteristiche acustiche interne di ambienti confinati

NORME TECNICHE PER LA CLASSIFICAZIONE ACUSTICA DELLE UNITÀ IMMOBILIARI

Numero Titolo

UNI 11367: 2010 Classificazione acustica delle unità immobiliari. Procedura di valutazione e verifica in opera

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32 NORME TECNICHE PER LA CLASSIFICAZIONE ACUSTICA DELLE UNITÀ

IMMOBILIARI

Numero Titolo

UNI 11444: 2012 Classificazione acustica delle unità immobiliari – Linee guida per la selezione delle unità immobiliari in edifici con caratteristiche non seriali NORME TECNICHE PER LA MISURA IN OPERA DEI REQUISITI ACUSTICI PASSIVI

Numero Titolo

UNI EN ISO 16283-1:2014

Misure in opera dell’isolamento acustico in edifici e di elementi di edificio - Isolamento acustico per via aerea

UNI EN ISO 16283-2:2016

Misure in opera dell’isolamento acustico in edifici e di elementi di edificio - Isolamento dal rumore di calpestio

UNI EN ISO 16283-3:2016

Misure in opera dell’isolamento acustico in edifici e di elementi di edificio - Isolamento acustico di facciata

UNI EN ISO 16032:2005

Misurazione del livello di pressione sonora di impianti tecnici in edifici - Metodo tecnico progettuale

UNI EN ISO 10052:2010

Misurazioni in opera dell’isolamento acustico per via aerea, del rumore da calpestio e della rumorosità degli impianti - Metodo di controllo

UNI 8199:2016

Collaudo acustico di impianti a servizio di unità immobiliari - Linee guida contrattuali e modalità di misurazione all’interno degli ambienti serviti

UNI EN ISO 3382-1: 2009

Misurazione dei parametri acustici degli ambienti (Tempo di riverberazione e altri parametri) - Sale da spettacolo

UNI EN ISO 3382-2: 2008

Misurazione dei parametri acustici degli ambienti (Tempo di riverberazione e altri parametri) - Tempo di riverberazione negli ambienti ordinari

UNI EN ISO 3382-3: 2012

Misurazione dei parametri acustici degli ambienti (Tempo di riverberazione e altri parametri) – Open space

NORME TECNICHE PER LA POSA IN OPERA DI SISTEMI COSTRUTTIVI

Numero Titolo

UNI 11296:2009

Linee guida per la progettazione, la selezione, l’installazione e il collaudo dei sistemi per la mitigazione ai ricettori del rumore originato da infrastrutture di trasporto

UNI 11516:2013 Indicazioni di posa in opera dei sistemi di pavimentazione galleggiante per l’isolamento acustico

Riferimenti

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