Indice delle figure IX

(1)

Indice

Indice delle figure IX

Indice delle tabelle XI

Introduzione XII

1 La fisiologia umana 1

1.1 Il sistema di termoregolazione . . . . 1

1.2 I termocettori . . . . 3

1.3 La psicofisica . . . . 6

1.3.1 Soglia assoluta e soglia differenziale . . . . 6

1.3.2 Legge di Weber-Fechner . . . . 6

1.3.3 Legge di Stevens . . . . 7

1.3.4 La sensazione termica . . . . 8

2 Il comfort termico 10 2.1 Definizioni utili . . . . 10

2.2 Il modello del PMV . . . . 11

2.2.1 Derivazione del modello . . . . 12

2.2.1.1 Perdita di calore conduttiva, convettiva, radiativa e diffusiva 13 2.2.1.2 Perdita di calore per sudorazione . . . . 14

2.2.1.3 Perdita di calore per respirazione . . . . 15

2.2.1.4 Accumulo di calore . . . . 15

2.2.2 PMV e PPD . . . . 16

2.2.3 Capacità predittive del modello . . . . 18

2.2.4 Errori di misura . . . . 19

2.2.4.1 Le variabili fisiche . . . . 19

2.2.4.2 L’isolamento termico dell’abbigliamento . . . . 19

2.2.4.3 Il livello di attività . . . . 22

2.2.5 Assunzioni contestuali . . . . 24

2.2.5.1 Differenze tra luoghi . . . . 24

2.2.5.2 Variazioni giornaliere . . . . 24

2.2.5.3 Età . . . . 24

2.2.5.4 Adattamento . . . . 25

2.2.5.5 Sesso . . . . 27

2.2.5.6 Ritmi circadiani e biologici . . . . 27

2.2.5.7 Umidità . . . . 27

2.2.6 Conclusioni . . . . 27

2.3 Il disagio termico localizzato . . . . 28

I

(2)

2.3.1 Il modello del disagio dovuto a raffica . . . . 29

2.3.1.1 Derivazione del modello . . . . 29

2.3.1.2 Validità del modello . . . . 31

2.3.2 Asimmetria radiante . . . . 32

2.3.3 Gradiente verticale di temperatura dell’aria . . . . 33

2.3.4 Pavimenti caldi e freddi . . . . 34

2.3.5 Conclusioni . . . . 35

2.4 Casi non stazionari . . . . 38

2.4.1 Cicli di temperatura . . . . 38

2.4.2 Rampe di temperatura . . . . 38

2.4.3 Transitori . . . . 39

2.5 Stima del comfort termico . . . . 39

2.5.1 Posizioni di misura . . . . 39

2.5.2 Periodi di misura . . . . 40

2.5.3 Metodo analitico . . . . 40

2.5.4 Metodo grafico . . . . 41

2.6 Un nuovo modello di comfort termico . . . . 43

2.6.1 Indice dell’equilibrio globale della persona V

g

. . . . 46

2.6.2 Indice di disagio dovuto alla raffica V

r

. . . . 47

2.6.3 Indice di disagio per variazione verticale di temperatura V

gv

. . . . 48

2.6.4 Indice di disagio per variazione laterale di temperatura V

gl

. . . . . 49

2.6.5 Conclusioni . . . . 50

3 Helyx 51 3.1 Introduzione al software . . . . 51

3.1.1 La cartella di progetto . . . . 51

3.1.2 Struttura generale dei file . . . . 53

3.1.3 File della mesh . . . . 53

3.1.4 Bordi . . . . 53

3.1.5 File di campo . . . . 54

3.2 Generazione della griglia . . . . 56

3.2.1 blockMesh . . . . 56

3.2.2 snappyHexMesh . . . . 58

3.2.3 checkMesh . . . . 65

3.2.4 Conversione della mesh . . . . 67

3.3 Pre-processing . . . . 68

3.3.1 Controlli globali . . . . 72

3.3.1.1 Stato della soluzione . . . . 72

3.3.1.2 Modelli di turbolenza . . . . 72

3.3.1.3 Proprietà dei materiali . . . . 74

3.3.1.4 Constant . . . . 74

3.3.1.5 System . . . . 75

3.3.2 Inizializzazione dei campi . . . . 75

3.3.3 Condizioni al contorno . . . . 75

3.3.3.1 Inlet . . . . 76

3.3.3.2 Outlet . . . . 77

3.3.3.3 Wall . . . . 77

3.3.3.4 Group of Humans . . . . 80

II

(3)

3.4 Controllo della soluzione . . . . 82

3.4.1 Controlli run-time . . . . 83

3.4.1.1 Impostazioni temporali . . . . 84

3.4.1.2 Scrittura dei dati . . . . 84

3.4.1.3 Lettura dei dati . . . . 84

3.4.2 Funzioni . . . . 85

3.4.2.1 Monitoraggio della soluzione . . . . 85

3.4.2.2 Stabilità della soluzione . . . . 86

3.4.2.3 Esportazione di dati . . . . 86

3.4.2.4 Modellazione della radiazione . . . . 86

3.4.2.5 Trasporto scalare passivo . . . . 87

3.5 Solutori . . . . 88

3.5.1 BuoyantBoussinesqSimpleFoam . . . . 88

3.5.2 Controllo dei solutori . . . . 89

3.5.2.1 fvSolution . . . . 89

3.5.2.2 fvSchemes . . . . 89

3.5.3 Output del solutore . . . . 89

3.6 Parallelizzazione . . . . 91

3.6.1 DecomposePar . . . . 91

3.6.2 ReconstructParMesh . . . . 92

3.6.3 ReconstructPar . . . . 92

3.7 Post-processing . . . . 93

3.8 Visualizzazione dei risultati: ParaView . . . . 96

3.9 Comandi per lanciare un caso dal terminale . . . . 97

4 La radiazione termica e solare 98 4.1 Il modello radiativo di Helyx . . . . 98

4.2 Il modello solare di Helyx . . . . 99

4.3 Le differenze con Fluent . . . 100

4.3.1 Le differenze con il modello radiativo di Fluent . . . 100

4.3.2 Il modello solare . . . 102

4.4 Il modello solare implementato . . . 103

4.4.1 Il modello solare ASHRAE 2009 . . . 103

4.4.1.1 L’irraggiamento solare . . . 103

4.4.1.2 La posizione del Sole . . . 104

4.4.1.3 La radiazione solare con cielo limpido . . . 106

4.4.1.4 L’irraggiamento su una superficie . . . 107

4.4.2 Il modello solare ASHRAE 2001 . . . 109

4.4.2.1 L’irraggiamento solare . . . 109

4.4.2.2 La posizione del Sole . . . 109

4.4.2.3 La radiazione solare con cielo limpido . . . 109

4.4.2.4 L’irraggiamento su una superficie . . . 110

4.4.3 I vetri e l’effetto serra . . . 111

5 Impostazione della simulazione 114 5.1 Pre-processing . . . 114

5.1.1 Modello geometrico . . . 114

5.1.2 Generazione della griglia . . . 117

5.2 Impostazione del solutore . . . 122

III

(4)

5.2.1 Impostazioni globali . . . 122

5.2.2 Materiali . . . 123

5.2.3 Condizioni al contorno . . . 123

5.2.3.1 Abitacolo . . . 123

5.2.3.2 Finestrini . . . 123

5.2.3.3 Manichini . . . 126

5.2.3.4 Bocchette di ingresso dell’aria . . . 127

5.2.3.5 Uscite . . . 127

5.2.4 Schemi numerici . . . 129

5.2.5 Controlli run-time . . . 130

5.2.6 Funzioni . . . 130

5.2.7 Inizializzazione dei campi . . . 131

5.3 Lancio della simulazione . . . 131

5.3.1 Monitoraggio dei residui . . . 131

5.3.2 Monitoraggio delle funzioni . . . 131

5.4 Post-processing . . . 133

5.5 Utilizzo del terminale . . . 134

6 Validazione del software Helyx 135 7 Analisi di sensibilità 144 7.1 La prova di riferimento . . . 144

7.2 Le griglie confrontate . . . 144

7.3 Analisi dei risultati . . . 145

7.4 Conclusioni . . . 153

8 Simulazioni effettuate 154 8.1 Le differenze tra i modelli di comfort . . . 155