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La ventilazione aiuta anche a controllare l’umidità, un altro fattore importante per una casa sana ed energeticamente efficiente.

Qual’è lo Scopo della Ventilazione?

La tua casa ha bisogno di ventilazione, scambiare l’aria interna con quella esterna, per ridurre gli inquinanti interni, l’umidità e i cattivi odori. I contaminanti come la formaldeide, composti organici volatili e il radon possono accumularsi nelle case poco ventilate, causando problemi di salute. Alti livelli di umidità in casa possono portare alla crescita di muffe, ma anche danni strutturali.


Al fine di assicurare una adeguata ventilazione, consiglio di ventilare le zone della casa con almeno 0,5 ach (ricambi d’aria ogni ora). Ecco un lista esaustiva dei valori limiti di legge sulla ventilazione degli ambienti.

Strategie di Ventilazione

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Ci sono tre principali strategie di ventilazione:

• Ventilazione naturale – movimento d’aria incontrollato all’interno della casa, attraverso fessure e aperture, come porte e finestre. Non è raccomandata per case fortemente ermetiche come le case passive.
• Ventilazione controllata – controllo del movimento dell’aria mediante l’utilizzo si una o più ventole e sistemi di condotte. La ventilazione controllata può suddividersi in:
  • sistemi di ventilazione con scarico d’aria: forzano l’uscita dell’aria da una zona
  • sistemi di ventilazione con ingresso d’aria: forzano l’entrata dell’aria in una zona
  • sistemi di ventilazione bilanciata: forzano la stessa quantità d’aria ad entrare ed uscire da una zona
  • sistemi di ventilazione con recupero di energia: trasferiscono il calore dall’aria in entrata o in un uscita verso un accumulatore di energia per minimizzare il consumo energetico
• Ventilazione localizzata – movimento d’aria controllato utilizzando ventilatori di scarico localizzati per rimuovere rapidamente alla fonte l’umidità e/o inquinanti. Questo tipo di ventilazione viene tipicamente utilizzata in combinazione con una delle altre strategie.

Approfondimenti

• Un nuovo approccio alla ventilazione naturale
• La ventilazione comfort per gli edifici ad alte prestazioni energetiche
• Impianti per gli edifici sostenibili
• Vademecum pratico del tecnico impiantista

Di questi tre, il movimento d’aria rappresenta oltre il 98% del vettore igrometrico, ovvero il mezzo che trasporta l’umidità attraverso le cavità dell’edificio.

L’aria si sposta naturalmente da una zona ad alta pressione ad una con più bassa pressione, seguendo il percorso più breve e semplice possibile, in genere attraverso qualsiasi buco o fessura disponibile nell’edificio. Il trasferimento di umidità mediante le correnti d’aria è molto veloce, dell’ordine di diverse centinaia di metri cubi d’aria al minuto. Pertanto occorre molta attenzione nella progettazione e controllo delle infiltrazioni d’aria nell’edificio.


I due altri vettori igrometrici, la diffusione attraverso i materiali e il trasferimento di calore, sono processi molto lenti. La maggior parte dei comuni materiali da costruzione hanno generalmente una lenta diffusione di umidità. Inoltre, l’isolamento termico aiuta a ridurre i flussi termici e quindi il trasferimento di vapore attraverso i muri.

Come Determinare il Punto di Rugiada

Le leggi della fisica governano il comportamento dell’umidità dell’aria in diverse condizioni di temperatura. Lo studio delle proprietà dell’umidità dell’aria è chiamata tecnicamente “Psicrometria”.





Per determinare a che temperatura e quantità di vapore acqueo si ha condensa (Punto di Rugiada), puoi utilizzare un diagramma psicrometrico. Se sai come trovare il punto di rugiada, riuscirai a capire meglio come evitare i problemi di umidità nei muri e in casa.


L’umidità relativa (RH) si riferisce alla quantità di umidità contenuta in un certo volume d’aria, rispetto alla quantità di umidità massima che la stessa aria potrebbe contenere alla stessa temperatura. Se la temperatura dell’aria aumenta, questa riesce a contenere una quantità maggiore di umidità; al contrario se l’aria si raffredda.

Ad esempio, secondo il diagramma psicrometrico, l’aria, a 20°C con 14,8 g di acqua/kg ha una umidità relativa del 100%. La stessa aria a 15 °C raggiunge il 100% di umidità relativa con solo 10,7 g di acqua/kg. L’aria più fredda riesce ad accumulare circa il 28% di vapore acqueo in meno rispetto all’aria più calda.





L’umidità che l’aria non riesce a contenere, si condensa sulla prima superficie fredda che incontra (il punto di rugiada). Questa superficie può trovarsi all’interno dell’isolante termico e provocarne quindi una perdita prestazionale.

In presenza di isolanti fibrosi quali lana di roccia o lana di vetro, che assorbono molta umidità, è quindi fondamentale bloccare il passaggio del vapore acqueo mediante una barriera al vapore.


Per controllare efficacemente l’umidità in casa, è necessario in primo luogo prendere in considerazione il clima. La posizione della barriera al vapore può essere funzione proprio del clima: ad esempio in un clima caldo e umido può essere opportuno posizionare la barriera al vapore sul lato esterno dell’isolante, mentre sul lato interno per climi freddi.





Approfondimenti

• Dodici differenti cause e tipi di umidità nei muri
• L’umidità nelle murature. Analisi, tecniche e materiali per il risanamento (Manuali del progettista)

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Ecco un foglio di calcolo excel gratis per valutare il comfort termico all’interno degli edifici, sia in fase estiva che invernale, in presenza o meno della climatizzazione.

Photo credit: Andrea Ursini Casalena

Ho preparato questo foglio di calcolo excel sulla base delle esperienze fatte nell’ambito delle attività di ricerca che porto avanti. Ho pensato di raccogliere in un unico foglio di calcolo gli strumenti principali che utilizzo quotidianamente per valutare il comfort ambientale negli edifici, in riferimento sia alle simulazioni energetiche, sia ai monitoraggi ambientali si edifici esistenti.




Con questo “software” puoi calcolare e valutare gli indici di comfort termoigrometrico più comuni e utilizzati:

• Modello di Fanger PMV
• Modello di Comfort Adattivo
• Diagramma Bioclimatico di Givoni

Esistono altri indici di comfort termico, tra i quali ricordo l’asimmetria radiante, il gradiente verticale di temperatura, la velocità dell’aria, ecc., ma questi tre sono già sufficienti per avere un quadro esauriente delle condizioni di benessere abitativo all’interno degli ambienti.


Il foglio di calcolo è formato da cinque schede:

1. Dati climatici
2. Fanger PMV
3. Comfort Adattivo
4. Diagramma Givoni
5. Risultati

Vediamo tutti i dettagli:

Dati Climatici

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In questa scheda devi inserire esclusivamente i dati climatici orari utili ai fini dei calcoli degli indici di comfort presi in esame, tra cui:

• temperatura dell’aria esterna ed interna, che ottieni mediante psicrometro
• temperatura media radiante, è la temperatura media pesata delle temperature di tutte le superfici della stanza. La puoi calcolare sia con un software di simulazione energetica in regime dinamico, sia in modo sperimentale attraverso un globotermometro
• velocità dell’aria interna, tramite anemometro
• umidità relativa dell’aria esterna, tramite psicrometro. (Occorre anche l’umidità relativa dell’aria interna, ma solo nella scheda Fanger PMV, che vedrai più avanti)

Ovviamente tutti questi dati li puoi ottenere sia in via sperimentale, attraverso un monitoraggio ambientale con strumenti appositi, sia in via numerica mediante una simulazione energetica in regime variabile, ad esempio con EnergyPlus.

I dati climatici si riferiscono ad un periodo che va dal 1 giugno al 30 settembre, ma vanno modificati in funzione del periodo di tempo che vuoi analizzare.

Modello di Comfort Fanger PMV

Photo credit: Andrea Ursini Casalena

Abbiamo visto in altra sede che gli indici di comfort termico secondo il modello di Fanger sono:

• PMV, voto medio previsto
• PPD, percentuale prevedibile di insoddisfazione

Il grafico seguente mostra come questi due indici sono correlati.

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Secondo la norma EN 15251:2007 (UNI 7730), si è in una situazione di comfort quando sono rispettati dei valori limite di PPD e quindi PMV, in funzione della categoria di appartenenza dell’edificio, o meglio della stanza che stai esaminando.

Photo credit: Andrea Ursini Casalena

Nella scheda modello di comfort Fanger PMV, devi inserire:

• l’attività metabolica degli occupanti (met)
• la resistenza termica del vestiario (clo=1 vestiti invernali, clo=0,5 vestiti estivi)
• categoria di edificio (1,2,3,4)

I dati climatici in basso nelle colonne grigie sono copiati dalla scheda “dati climati”. Occore quindi inserire i dati esclusivamente nella colonna gialla, cioè l’umidità relativa interna della stanza in esame.

Ricordo che l’indice di comfort Fanger PMV è relativo solo alle zone climatizzate, chiuse verso l’esterno.

Quindi, per effettuare il calcolo del PMV in maniera corretta, cioè in presenza di impianto di climatizzazione acceso, i dati di temperatura e umidità relativa dell’aria interna devono essere quelli relativi a tali condizioni. I dati già presenti nel foglio di calcolo si riferiscono ad una situazione estiva senza climatizzazione, infatti sono dati di esempio.

Modello di Comfort Adattivo

Photo credit: Andrea Ursini Casalena

Il modello di comfort adattivo, come visto in precedenza, si applica per gli edifici non climatizzati.

Nella scheda modello di comfort adattivo puoi calcolare sia visivamente la fascia di comfort e l’andamento della temperatura operativa della stanza, sia il numero di ore in cui tale temperatura eccede la fascia di comfort.

Inoltre, puoi calcolare un indice di consumo estivo mediante il calcolo dei gradi ora estivi. I Gradi Ora estivi sono un indice di consumo per il raffrescamento. Rappresentano la somma, per tutta la stagione estiva, delle differenze positive tra la temperatura dell’aria di bulbo secco media oraria della stanza e la temperatura base (di solito 26 °C)


Gli input da inserire sono pertanto:

• categoria di edificio (1,2,3)
• temperatura di riferimento iniziale (“Trm inizio“, calcolata secondo una semplice formula, funzione delle temperature dei giorni precedenti)
• temperatura base per il calcolo dei Gradi Ora Estivi

Le colonne di calcolo vanno ovviamente aggiornate nel caso il periodo di tempo in esame sia diverso da quello presente (attualmente il periodo va dal 1 giugno al 30 settembre. Se riscontri dei problemi nel capire come funziona questa parte di calcolo, fammi sapere. Cercherò in tal caso di realizzare un video tutorial per spiegarlo meglio)

Diagramma Bioclimatico di Givoni

Photo credit: Andrea Ursini Casalena

Il diagramma bioclimatico di Givoni è un diagramma psicrometrico con sovrapposti dei “confini” che individuano delle zone di comfort termico e igrometrico, entro le quali la sensazione termica è giudicata confortevole da oltre l’80% delle persone, in funzione di particolari strategie progettuali.

Il diagramma serve come strumento di progetto, con il quale è possibile avere il clima schematizzato per punti su di un grafico e scegliere quindi tecniche e tecnologie costruttive per il tuo edificio rapportato al clima nel quale sarà collocato.


Gli input che devi inserire sono esclusivamente dati climatici esterni, tipici della zona in cui è ubicato l’edificio da riqualificare o realizzare ex-novo:

• temperatura di bulbo secco dell’aria esterna
• umidità relativa (con la quale il software calcola in automatico l’umidità specifica, ovvero l’ordinata del diagramma)

La nuvola di punti che si viene a creare, permette di individuare visivamente quali strategie progettuali adottare per il tuo edificio.


Le strategie progettuali perseguibili sono:

• zona di comfort con ventilazione notturna della massa (tipico nei climi mediterranei, dove la temperatura esterna notturna non scende a sufficienza per raffrescare la massa per il giorno dopo e quindi c’è bisogno di un raffrescamento ventilativo aggiuntivo)
• zona di comfort con ventilazione notturna meccanica della massa
• zona di comfort con massa termica elevata (tipico nei climi caldi con notti fredde e secche, dove la massa riesce a raffreddarsi a sufficienza per il giorno successivo)
• zona di comfort con ventilazione 0,5 m/s
• zona di comfort con ventilazione 1,0 m/s (quando si hanno climi caldi con elevata umidità dell’aria)
• zona di comfort invernale (CH)
• zona di comfort estivo (CE)
• zona di comfort con raffrescamento evaporativo (RE) (nei climi molto caldi e secchi, nei quali si può raffrescare fornendo umidità mediante fontane, micro-vaporizzazione, ecc.)
• zona di comfort con uso di inerzia in inverno (IH)

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Ad esempio, analizzando l’immagine sottostante, puoi notare come i punti del clima situati nel cerchio rosso rientrano nella zona “IH”. L’edificio che si andrà a collocare in questo clima potrà essere confortevole in inverno grazie all’utilizzo di sistemi di accumulo solare passivo mediante inerzia termica.

Photo credit: Andrea Ursini Casalena

All’esterno di queste zone occorre intervenire con sistemi di climatizzazione meccanica.


Occorre comunque verificare che se pur all’interno della zona di comfort non vi sia la prevalenza di alcuni fattori su altri, ad esempio eccesso di velocità dell’aria o scarsità di umidità relativa.


L’obbiettivo primario è quindi quello di ridurre il più possibile, compatibilmente con le condizioni climatiche locali, gli interventi correttivi mediante mezzi meccanici (riscaldamento invernale, condizionamento estivo).

Risultati

In questa scheda trovi il riepilogo di tutti gli indici di comfort termico – igrometrico che hai calcolato in precedenza.

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Nel modello di Comfort Adattivo, trovi il grafico della zona di comfort con sovrapposta la temperatura operativa della tua stanza. Inoltre ci sono gli indici di discomfort per raffreddamento e surriscaldamento (un valore accettabile di discomfort è < 10%), ovvero la somma delle ore esterne alla fascia di benessere abitativo.

In più c'è il valore di gradi ora estivi, come indice di consumo per la climatizzazione estiva, da confrontare eventualmente con quello di altre situazioni o stanze!

Photo credit: Andrea Ursini Casalena

Nel modello di comfort Fanger PMV hai il grafico del PMV e PPD con relativi limiti di comfort, nonchè la quantificazione numerica del discomfort, cioè la somma del numero di ore nelle quali si va fuori limite.

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Nel diagramma bioclimatico di Givoni puoi notare visivamente la nuvola di punti caratteristica del clima preso in esame, e attraverso essa valutare le strategie progettuali da perseguire.

Scarica Gratis il Foglio di Calcolo EN 15251

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Secondo la norma tecnica EN 15251:2007, le temperature di comfort accettabili dipendono dal tipo di sistema usato per fornire il comfort termico.

Se, ad esempio, il raffrescamento è fornito mediante un sistema attivo (meccanicamente), allora le temperature interne devono rispettare quelle definite dal modello di Fanger (vecchia UNI 7730).

Se invece il comfort termico è mantenuto mediante strategie di raffrescamento passivo (senza apparecchi meccanici), allora il limite di temperatura superiore e inferiore è imposto dal modello di Comfort Adattivo.

Il Modello di Fanger

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Il Modello di Fanger vede le persone come soggetti passivi di scambio termico, all’interno di ambienti chiusi verso l’esterno e climatizzati. Tale modello prescrive temperature ottimali pressoché costanti, a parità dei valori di sei variabili indipendenti:

1. temperatura (Ta)
2. umidità relativa (Ur)
3. velocità dell’aria (v)
4. temperatura media radiante (Tm.rad) (sinteticamente, è la media delle temperature superficiali di pareti, solai, finestre e porte di una stanza)
5. isolamento termico del vestiario (clo)
6. livello di attività metabolica (met)

Gli indici di comfort secondo il modello di Fanger sono il PMV (Predicted mean vote o Voto Medio Previsto) e il PPD (esprime la percentuale di persone insoddisfatte in un determinato ambiente). Il PMV esprime la sensazione media di comfort degli occupanti di una stanza.

Il PMV è funzione quindi delle sei variabili di cui sopra:


PMV = f(Ta, Ur, v, Tm.rad, clo, met)


In funzione del tipo di edificio, occorre rispettare diversi limiti di PMV, che possono variare da -0,2 < PMV < 0,2 a -0,7 < PMV < 0,7.


Negli ultimi anni molti ricercatori hanno iniziato a mettere in dubbio la validità di questo tipo di impostazione, che non tiene conto di importanti fattori come quelli climatici, culturali, sociali e contestuali, ed hanno introdotto il concetto di adattamento, che spiega come il contesto e la storia termica di ciascun soggetto possano modificare le aspettative e le preferenze termiche degli occupanti.

Il Modello di Comfort Adattivo

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Nel Modello di comfort adattivo l’occupante di un edificio non è più semplicemente inteso come un soggetto passivo, così come appariva nel modello statico (Fanger PMV), ma come un agente attivo che interagisce a tutti i livelli con l’ambiente in cui soggiorna.

Il modello di comfort Adattivo propone una correlazione tra la temperatura di comfort per gli occupanti (T operativa) di un edificio e la temperatura dell’aria esterna (Tem).

Il modello adattivo introduce quindi algoritmi di controllo e di risposta che permettono di migliorare il livello di comfort termico degli occupanti e di ridurre il consumo di energia.


Ecco la correlazione secondo la EN 15251:2007:

Top = 0,33*Tem+18,8 (Temperatura operativa ottimale giornaliera/oraria)


Si ottiene una fascia di comfort per un periodo desiderato (ad esempio la stagione estiva, in assenza di climatizzazione meccanica), calcolata sommando e sottraendo alcuni gradi °C (in funzione del tipo di edificio) dalla curva della temperatura operativa ottimale (nel prossimo articolo ulteriori approfondimenti sulla valutazione del comfort adattivo).


Alla base del modello di comfort adattivo c’è la convinzione che il soggetto, consciamente o incosciamente, svolge un ruolo attivo nella creazione delle condizioni termiche che preferisce e che, per raggiungere più facilmente la soddisfazione nei confronti del microclima, attua un processo di adattamento, definito come quel processo di graduale diminuzione delle reazioni individuali agli stimoli ambientali.


Si distinguono tre tipi di adattamento:

1. comportamentale: complesso dei cambiamenti che una persona mette in atto, consciamente o no, per modificare i parametri che regolano il bilancio termico del corpo; può essere suddiviso in personale, tecnologico e culturale
2. fisiologico: l’esposizione prolungata a date condizioni riduce lo stress; nelle condizioni tipiche degli ambienti moderati questo tipo di adattamento ha un’influenza trascurabile sulla percezione del comfort
3. psicologico: le esperienze pregresse e le aspettative modificano la percezione degli stimoli sensoriali e la reazione ad essi.

Tra i tre meccanismi di adattamento quello comportamentale fornisce alle persone un ruolo attivo nel mantenimento del proprio comfort, proprio perché direttamente legato al bilancio termico del corpo umano.


Il modello adattivo, generalmente, definisce temperature di comfort maggiori e più flessibili rispetto al modello di Fanger. Spesso la temperatura di comfort adattiva ottimale può essere raggiunta utilizzando strategie di raffrescamento passivo, come l’ombreggiamento delle finestre e la ventilazione notturna. In questi casi, il fabbisogno di raffrescamento si riduce praticamente a zero, e non è necessario (o quasi) un raffrescamento meccanico.

Approfondimento sul comfort termico interno, modello di Fanger e Adattivo.

Diagramma Bioclimatico di Givoni

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Il diagramma bioclimatico di Milne-Givoni è adatto per prevedere le condizioni di comfort termico-igrometrico interno di un edificio in base alle condizioni climatiche esterne prevalenti.

Givoni ha basato il suo studio sul rapporto lineare che intercorre fra l’ampiezza di temperatura e la pressione di vapore dell’aria esterna in varie regioni. Sul diagramma psicrometrico, sono indicati sovrapposti i limiti delle strategie di raffrescamento e riscaldamento passive.


Le strategie considerate includono:

• massa termica
• raffrescamento evaporativo
• ventilazione naturale diurna e notturna
• raffrescamento e riscaldamento passivo

Il diagramma bioclimatico di Givoni è uno strumento di progetto, un modo semplice per scegliere le strategie progettuali perseguibili per un edificio in funzione della zona climatica di appartenenza.

Sovrapponendo sul diagramma bioclimatico di Givoni i punti caratteristici di una particolare zona climatica, derivanti dall’intersezione della temperatura dell’aria esterna e l’umidità specifica dell’aria, si ha una visione d’insieme delle condizioni climatiche. La concentrazione più o meno densa di tali punti su aree specifiche del grafico permette di scegliere le strategie progettuali da applicare all’edificio.


Sul prossimo articolo ti farò vedere delle applicazioni pratiche.





Approfondimenti

• Sulla valutazione del comfort termico: sviluppi normativi e problemi aperti
• Il benessere termoigrometrico
• L’abbigliamento e il comfort termico: quale relazione?
• Elementi di bioenergetica: il comfort termico
• Il Benessere Termico e i modelli di comfort

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Il comfort termico viene definito in modi diversi, tutti riconducibili alla sensazione di benessere fisico e mentale che un individuo prova in un certo ambiente. Tale sensazione è legata a due tipi di variabili:

• variabili soggettive, dipendenti dalle caratteristiche fisiche, biologiche ed emozionali degli individui
• variabili oggettive, connesse al microclima dell’ambiente considerato.

Per la valutazione delle variabili soggettive si ricorre a metodi statistici, mentre le variabili ambientali oggettive possono essere simulate con modelli fisici e misurate sperimentalmente.


La sensazione di comfort dipende dalla capacità del corpo di mantenere l’equilibrio termico. La produzione di energia e le perdite di calore fanno sì che la temperatura corporea si mantenga intorno ai 37 °C.

La situazione di neutralità termica, cioè quella in cui un individuo non necessita, per mantenere l’equilibrio termico corporeo, nè di apporti, nè di dispersioni di calore, è una condizione necessaria, ma non sufficiente per ottenere il comfort termoigrometrico.

Il comfort dipende anche dalle condizioni soggettive di percezione e dalle relazioni di queste con il contesto.


Vediamo tutti i dettagli:

L’importanza del Comfort Termico

La valutazione del comfort termico all’interno di un edificio si rende particolarmente necessaria oggi, soprattutto nei paesi industrializzati, in cui si trascorre la maggior parte del tempo negli ambienti chiusi durante le ore di lavoro.

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Il microclima interno di un edificio è di estrema importanza, quindi, non solo per il benessere e la qualità della vita degli occupanti, ma anche per il rendimento delle attività che si svolgono contribuendo a migliorare la qualità e la competitività sul lavoro.


Esiste inoltre un rapporto ottimale tra il raggiungimento del benessere ottimale e la minimizzazione dei consumi energetici in un edificio, che si realizza attraverso:

• la regolazione dei sistemi di climatizzazione sulle variabili climatiche interne, anzichè su quelle esterne
• il controllo delle temperature superficiali delle pareti (ad esempio, attraverso l’isolamento nei periodi freddi o l’inerzia termica nei periodi caldi), che consente di intervenire meno sulla temperatura dell’aria, per riscaldarla o raffreddarla, inducendo quindi un risparmio energetico
• il dimensionamento e la scelta del sistema di climatizzazione in relazione ad una valutazione del livello di comfort termico richiesto nei diversi periodi di occupazione degli spazi.

Il raggiungimento del benessere termico dovrebbe avvenire basandosi su una gestione razionale dell’energia, al fine di ridurre la dipendenza dal combustibile fossile e il conseguente inquinamento dell’aria.

Sono oggi disponibili tecnologie di regolazione ambientale dei sistemi di climatizzazione molto sofisticate, ma non sufficienti a competere con in sistemi di climatizzazione passiva o naturale, non solo per quanto attiene i consumi energetici e l’impatto ambientale, ma anche in relazione alle capacità di adattarsi alle condizioni soggettive dell’utente.

Recenti studi hanno dimostrato, infatti, che l’uomo non ama la monotonia, tanto meno negli ambienti interni, ma ricerca costantemente il cambiamento. Un clima artificiale mantenuto costante finisce, quindi, con l’offrire meno “benessere”, poichè non permette all’utente di intervenire direttamente sui parametri di comfort per modificarli in funzione delle esigenze soggettive.

Ciò è particolarmente vero per quanto riguarda le condizioni estive, ovvero la capacità di adattamento del soggetto al variare verso l’alto della temperatura, che appare legata a fattori di tipo antropologico, culturale e geografico, più che fisico.


Un approccio alla progettazione che preveda l’utilizzo prevalente di tecnologie di raffrescamento naturale o passivo è pertanto il più idoneo, entro certi limiti di variazione delle variabili climatiche, a conseguire condizioni di comfort reali.


Nel prossimo articolo parlerò degli indici di comfort termoigrometrico più comuni e come questi contribuiscono alla valutazione del benessere abitativo.

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• Il modello climatico: studiamo l’ambiente per rispettarlo
• Comfort termico nelle case in legno
• Progettare il comfort termico
• Informazioni aggiornate sulla Qualità dell’aria delle regioni e delle città

Photo credit: jenni40947

Attualmente quasi la metà della popolazione mondiale vive in aree urbane che occupano circa il 3% della superficie terrestre utilizzabile. Se nel 2050 l’estensione della città ed il numero dei loro abitanti raddoppieranno, come risulta dalle analisi demografiche più recenti, le aree urbane occuperanno il 6% del territorio terrestre ed è urgente domandarsi come potrà essere la qualità della vita in queste città del futuro.

La necessità di accompagnare il processo di urbanizzazione con una pianificazione e progettazione accurata del verde è diventata quindi sempre più indispensabile non solo ai fini estetici, ma soprattutto per garantire un livello di vivibilità accettabile degli spazi urbani.

A noi tutti è possibile sentire il benefico effetto che la presenza di un viale alberato, di un giardino o di un parco che interrompa il ritmo serrato dell’edificato delle nostre città con la campagna limitrofa. La domenica diventa non a caso un’occasione per fuggire a fare passeggiate in campagna.


Ecco i 5 motivi per favorire la diffusione del verde integrato nelle città:

1. Miglioramento della Qualità dell’Aria
2. Riduzione Anidride Carbonica emessa in Atmosfera
3. Ombreggiamento e Risparmio Energetico
4. Contrastare le Isole di Calore con la Vegetazione
5. Ridurre lo Stress con il Verde

Vediamo i dettagli:

Miglioramento della Qualità dell’Aria

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Uno degli aspetti rilevanti da considerare è quello relativo al contributo che la presenza del verde apporta per il miglioramento della qualità dell’aria.

Le piante sono in grado di diminuire drasticamente la quantità di metalli pesanti presenti nell’atmosfera, sequestrandoli ed impedendo la loro diffusione nell’ambiente urbano. L’efficienza decontaminante della vegetazione è direttamente proporzionale alla superficie delle piante.

Le foglie degli alberi intercettano e rimuovono molti degli inquinanti presenti nell’aria, come il monossido ed il diossido di carbonio, l’ozono, il monossido ed il diossido di azoto, il diossido di zolfo ed il particolato PM10. Il particolato atmosferico è costituito da sostanze di origine diversa allo stato solido o liquido (sabbia, sali, ceneri, polveri, fuliggine, sostanze vegetali, composti metallici, elementi come il carbonio o il piombo ecc.) che derivano da processi di combustione e da prodotti di reazione dei gas e che, a causa delle loro dimensioni ridotte, rimangono sospese nell’atmosfera per un tempo variabile.

Le particelle più grossolane, sotto l’influenza di correnti d’aria, sedimentano incontrando la superficie vegetale delle piante e attraverso le precipitazioni atmosferiche vengono su queste depositate. L’azione sarà tanto più consistente quanto maggiore è la superficie vegetale che viene incontrata, e superiore l’attrito offerto. Quindi piante con numerosi rami, dal fogliame abbondante e ruvido e con presenza di peluria, di cere e di superfici bagnate migliorano l’efficienza dell’intercettazione.

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E’ importante sottolineare come le emissioni in atmosfera di gas nocivi sia strettamente connesso con la salute pubblica. Molte malattie del primo tratto respiratorio sono correlate con la qualità dell’aria che respiriamo e numerosi studi confermano lo stretto legame esistente tra l’incidenza di malattie respiratorie e la concentrazione di polveri sottili e ultrasottili.

L’azione delle piante nei confronti degli inquinanti si può sviluppare nelle foglie e/o nei differenti tessuti vegetali attraverso tre diversi meccanismi:

• i composti vengono assorbiti a livello superficiale e resi inattivi
• i composti sono immagazzinati nei tessuti cellulari e di conseguenza inattivati
• i composti sono metabolizzati ed utilizzati dalle piante

Negli ultimi anni si sono sviluppati modelli matematici molto affidabili in grado di stimare le quantità di inquinanti rimosse da una data porzione di vegetazione. Questi modelli sono un prezioso strumento di studio e di controllo dell’ambiente.

Riduzione Anidride Carbonica Emessa in Atmosfera e Protocollo di Kyoto

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Un’attenzione particolare dev’essere rivolta all’anidride carbonica presente in atmosfera, proveniente dalla combustione di carburanti fossili per il funzionamento degli autoveicoli e per la produzione di energia e calore negli edifici.

Questo problema assume una consistenza diretta nell’ambiente urbano, in cui la crescita della popolazione e degli spazi costruiti si traduce anche in un aumento del traffico e dei consumi energetici. Come conseguenza indiretta, l’alta concentrazione di CO2 e di altri gas contribuisce all’aumento della temperatura atmosferica. Tali gas, denominati gas serra , assorbono una parte della radiazione solare, raggi infrarossi, e riscaldandosi li rimandano verso la terra. Il riscaldamento dei gas è sufficiente perchè aumenti la temperatura dell’atmosfera.



Il Protocollo di Kyoto impegna i Paesi industrializzati e quelli ad economia in transizione (i Paesi dell’est europeo) a ridurre complessivamente del 5% nel periodo 2008-2012 le principali emissioni antropogeniche di gas capaci di alterare l’effetto serra naturale del nostro pianeta.

I sei principali gas serra sono:

1. anidride carbonica (CO2), prodotta dall’impiego dei combustibili fossili in tutte le attività energetiche e industriali, oltre che nei trasporti
2. metano (CH4), prodotto dalle discariche dei rifiuti, dagli allevamenti zootecnici e dalle coltivazioni di riso
3. protossido di azoto (N2O), prodotto nel settore agricolo e nelle industrie chimiche
4. idrofluorocarburi (HFC)
5. perfluorocarburi (PFC)
6. esafluoruro di zolfo (SF6), tutti e tre impiegati nelle industrie chimiche e manifatturiere

Il protocollo di Kyoto impegna ogni Paese aderente a realizzare l’inventario dei flussi e degli stock di carbonio accumulati nelle foreste e nelle piantagioni forestali e di aggiornarli periodicamente. In attuazione di tali indicazioni l’Italia ha istituito un proprio Registro Nazionale dei Serbatoi di Carbonio Agro-Forestali, uno strumento di certificazione delle quantità di carbonio assorbito dai sistemi agrari e forestali nazionali e si è impegnata a realizzare ed aggiornare l’Inventario Forestale Nazionale.

Le piante agiscono come accumulatori di anidride carbonica, fissando il carbonio durante il processo fotosintetico e immagazzinandone l’eccesso sotto forma di biomassa fogliare e legnosa.
Interventi di afforestazione e forestazione sono dunque ampiamente da sostenere in un ottica che prevede un miglioramento complessivo della qualità della vita nelle nostre città.

Ombreggiamento e Risparmio Energetico

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Un’ulteriore controllo sulle emissioni di CO2 viene determinata in maniera indiretta, sempre ad opera del verde urbano.

Le piante, adeguatamente disposte in relazione agli edifici, esercitano un efficace azione di ombreggiamento nei mesi estivi e di protezione dai venti freddi in inverno. Questo si traduce in un minor utilizzo degli impianti di riscaldamento e condizionamento delle nostre abitazioni.

Contrastare le Isole di Calore con la Vegetazione

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Un altro aspetto da considerare, data la forte incidenza che in città rivestono le superfici asfaltate e in varia misura pavimentate, riguarda l’alterazione significativa delle principali proprietà areodinamiche, radianti, termiche e di umidità delle aree urbane, se confrontate con quelle di zone limitrofe laddove la superficie naturale del terreno sia lasciata intonsa e in maniera anche diversificata e accompagnata da copertura vegetale.

Si creano le cosiddette isole di calore, un vero e proprio clima urbano comunemente caratterizzato da una peggiore qualità dell’aria e da temperature più elevate.

La presenza di vegetazione riesce a contrastare la formazione delle isole di calore in maniera diretta e indiretta:

• la superficie fogliare crea un ombreggiamento che assorbe il calore e protegge dalle radiazioni solari e dal riverbero delle superfici pavimentate;
• attraverso l’evapotraspirazione le piante si comportano da condizionatori naturali poichè assorbono l’acqua dalle radici e la rilasciano sotto forma di vapore acqueo; tale processo sottrae energia all’ambiente circostante, determinando l’abbassamento della temperatura in prossimità della piante nelle ore di maggiore insolazione.

Questo si traduce in termini di un minore utilizzo degli impianti di condizionamento e quindi di energia, per quegli edifici in prossimità dei quali siano collocate delle piante arboree.

Ridurre lo Stress con il Verde

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Un altro aspetto che è stato affrontato negli ultimi anni è la stretta correlazione fra la presenza di verde urbano e la riduzione dello stress. Molti sono gli studi al riguardo e tutti riportano la relazione positiva tra il verde e coloro che lo frequentano di più, in quanto abitano e/o visitano maggiormente aree verdi e sono meno soggetti a malattie collegate allo stress.



Ritengo utile affermare che la pianificazione e la progettazione del verde devono tenere conto anche, ma non solo, delle conoscenze più avanzate in termini di ecologia ed ecofisiologia vegetale al fine di determinare le scelte progettuali con una cognizione maggiore del ruolo che le piante possono efficacemente svolgere nell’ecosistema urbano a partire da oggi per il tempo a venire.








Approfondimenti e fonti sull’argomento

• L’inquinamento atmosferico
• Fenomeni acuti di inquinamento
• Cosa sono le polveri sottili?
• Polveri sottili e i danni alla salute
• Rapporto del Fondo delle nazioni unite per la popolazione
• Lo stato della popolazione del mondo 2007: Liberare il potenziale della crescita urbana
• Come è cambiata la distribuzione della popolazione mondiale nel tempo?
• Popolazione umana sulla Terra

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Seguire i 10 passi verso il risparmio energetico e comfort estivo sostenibile in edilizia significa:

• considerare l’edificio nel suo complesso e nelle sue molteplici interazioni con l’ambiente attraverso la progettazione integrata
• sfruttare l’involucro edilizio e i sistemi solari passivi, attraverso la progettazione dell’involucro edilizio, usando le condizioni climatiche e le fonti energetiche naturali, per conseguire gli obiettivi di comfort termico

Questo è un processo di progettazione contrario a quello che avviene oggi nella maggior parte dei casi. Architetti e Ingegneri tendono a delegare la progettazione del comfort agli impiantisti, che a loro volta non possono intervenire nelle decisioni sull’involucro edilizio, sull’illuminazione, sul layout dell’edificio (che influenza la collocazione delle attrezzature meccaniche e delle condotte).

In questo modo il comfort termico interno viene raggiunto mediante sistemi attivi, cioè sistemi di raffrescamento e ventilazione basati sull’importazione di energia fossile nell’edificio.

Il risultato di questa mancata integrazione progettuale è un gran numero di edifici sconfortevoli, spesso più costosi da costruire e molte volte più costosi, di quello che dovrebbero essere, per mantenerli in condizioni di comfort estivo accettabili.


Ecco i 10 passi per raggiungere il risparmio energetico e comfort estivo sostenibile:

1. Definire gli obiettivi di comfort termico in modo esplicito, possibilmente mediante il modello di comfort adattivo
2. Intervenire sul layout del sito e sulle caratteristiche che possono influenzare il comfort nel periodo estivo
3. Controllare e ridurre gli apporti di calore attraverso la superficie dell’involucro edilizio
4. Controllare e regolare la trasmissione del calore attraverso l’involucro edilizio
5. Ridurre i guadagni termici interni
6. Consentire l’adattamento locale e individuale
7. Utilizzare sistemi passivi per rimuore l’energia termica dall’edificio
8. Usare sistemi solari attivi e assistiti per il raffrescamento
9. Utilizzare impianti di raffrescamento attivi convenzionali ad alta efficienza
10. Informare gli utenti su come usare, monitorare e manutenere l’edificio

Vediamo tutti i dettagli:

Cos’è il comfort estivo sostenibile?

Il comfort estivo sostenibile può essere definito come il raggiungimento di buone condizioni di comfort estivo senza o con uso limitato di energie convenzionali (fossili e nucleare) e attraverso l’utilizzo di materiali rispettosi dell’ambiente e non-nocivi.

Il rendimento medio di produzione di energia elettrica in Europa è circa il 36%, oltre alle ulteriori perdite nella filiera da energia elettrica al servizio finale reso all’utente. Il risparmio energetico a livello di utente finale ha l’effetto maggiore sulla riduzione della domanda delle risorse energetiche, sugli investimenti nella catena energetica e sull’impatto ambientale.

Quindi il percorso logico verso il comfort sostenibile nel periodo estivo parte necessariamente da un’analisi dei mezzi per ridurre la domanda di energia a livello di utente finale.


Ti propongo una sequenza logica di passi che devono essere considerati nella progettazione, costruzione e gestione di un edificio. Questo approccio ha il vantaggio di lasciarti ampia libertà pur aiutandoti nell’adattamento dell’edificio alla situazione locale (clima, cultura, materiali disponibili localmente).

La mia raccomandazione è di seguire il percorso a partire dal punto 1 e analizzare attentamente quali sono le possibilità di azione per ogni punto. Se un’azione non è realizzabile, cerca di capirne il perché prima di procedere alla fase successiva.

10 passi per ottenere il comfort estivo sostenibile

• 1.Definire gli obiettivi di comfort termico in modo esplicito, possibilmente mediante il modello di comfort adattivo

  Nella maggior parte dei casi, i regolamenti energetici richiedono di mantenere una temperatura interna costante, indipendentemente dalle condizioni esterne. Tali prescrizioni vengono a volte da una interpretazione troppo rigida del modello di comfort (modello di Fanger), derivato da una serie di esperimenti in camera climatica.

  Recenti studi, attraverso un ampio campione di popolazione in tutto il mondo mostrano che le persone, negli edifici reali, quando hanno un certo controllo diretto sulle condizioni locali (ad esempio negli edifici ventilati naturalmente), adattano spontaneamente le loro esigenze di comfort alle temperature esterne prevalenti.

  Ciò significa che la temperatura interna a cui gli occupanti di un edificio avvertono il benessere termico, varia con l’ubicazione, il tipo di clima, il meteo e la stagione. Inoltre, gli studi di settore dimostrano che la gamma di temperature considerate confortevoli è più ampia di quanto prescritto dalla normativa comunemente usata nella tipica progettazione.

  Basandosi su questi risultati, gli scienziati hanno creato un nuovo modello di comfort, comfort adattivo, che è stato inserito nelle norme ASHRAE e nella norma EN 15251:2007 (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).

  Utilizzando questo modello di comfort nei regolamenti edilizi, nella progettazione e nel controllo, si ridurrebbero, a mio parere, le realizzazioni di edifici con impianti di climatizzazione invernale ed estiva sovradimensionati, che consumano più energia e forniscono meno benessere termico di quelli che dovrebbero.






• 2.Intervenire sul layout del sito e sulle caratteristiche che possono influenzare il comfort nel periodo estivo

  Un layout urbano compatto può essere utile per ridurre l’irradiazione sulle superfici esterne in climi caldi e secchi, mentre un layout aperto e distanziato potrebbe essere consigliato nelle zone umide per aumentare le possibilità di ventilazione.

  La presenza di vegetazione e di acqua in superficie, l’assorbanza solare delle superfici urbane (strade , posti auto, …) possono influenzare fortemente le temperature delle superfici e dell’aria degli spazi aperti che circondano gli edifici.






• 3.Controllo e riduzione degli apporti di calore attraverso la superficie dell’involucro edilizio

  Ecco i flussi di energia termica attraverso l’involucro edilizio dovuti all’assorbimento della radiazione solare, scambi convettivi con l’atmosfera, infiltrazioni e flussi d’aria attraverso fessure e aperture.
  
  
  
  
  
  Il calore entra attraverso la superficie esterna della costruzione a causa della radiazione solare e della differenza tra la temperatura dell’aria esterna e la temperatura dell’aria interna.

  Puoi ridurre la quantità di calore passante attraverso la superficie esterna per mezzo di:

  • schermature solari sulle finestre (e forse anche su pareti e tetti)
  • mediante valori adeguati di riflessione e di emissività delle finiture delle superfici
  • limitando gli scambi d’aria quando la temperatura dell’aria esterna è superiore a quella interna






• 4.Controllo e regolazione della trasmissione del calore attraverso l’involucro edilizio

  Una volta che il calore è passato attraverso la superficie esterna, il suo movimento verso l’interno, attraverso la conduzione e la convezione, dovrebbe essere limitato da un uso appropriato dei materiali isolanti e il ritardo con cui esso arriva all’interno deve essere controllato da dimensione e posizione adeguate della massa termica.






• 5.Ridurre i guadagni termici interni

  I guadagni interni dovrebbero essere ridotti usando sorgenti e sistemi luminosi efficienti; scaricando direttamente le fonti di calore puntuali; usando apparecchi ed elettrodomestici efficienti.






• 6.Consentire l’adattamento locale e individuale

  Consentire l’adattamento locale e individuale attraverso un abbigliamento flessibile, mobili a basso isolamento termico, l’uso di ventilatori a soffitto, e la flessibilità dell’orario di lavoro durante i periodi di alta temperatura.

  Nel caso di scuole ed uffici, si può pensare di chiuderle per alcuni giorni durante l’ondata di caldo (come in inverno quando si chiude per una nevicata).






• 7.Utilizzare sistemi passivi per rimuovere l’energia termica dall’edificio

  Se gli obiettivi di comfort auspicati non sono ancora soddisfatti, una volta ridotti i carichi termici interni ed esterni e aver considerato sistemi di adattamento individuale, puoi utilizzare sistemi passivi per togliere energia alla costruzione e/o aumentare il comfort termico:

  • ventilazione giornaliera
  • ventilazione notturna
  • l’uso del terreno come dissipatore di calore (direttamente o tramite un fluido scambiatore di calore)
  • raffrescamento evaporativo diretto o indiretto

  Ecco una definizione di sistema passivo, quella di Givoni:

  << Il termine passivo...non esclude l'uso di un ventilatore o di una pompa quando la loro applicazione potrebbe migliorare le prestazioni. Questo termine sottolinea l'utilizzo di fonti naturali di raffrescamento o dissipatori di calore, per l'estrazione di energia termica dall'edificio.

  Se è necessaria un pò di energia per far funzionare il sistema, l'importante è che il sistema di trasferimento di calore sia a basso costo, semplice e che il rapporto tra energia necessaria e l'energia risultante di raffrescamento sia piuttosto basso ... >>






• 8.Usare sistemi solari attivi e assistiti per il raffrescamento

  Se i sistemi di raffrescamento passivi non sono sufficienti per ottenere le condizioni di comfort termico assunte come obiettivo al passaggio 1, puoi rimuovere l’eccesso di energia termica dalla costruzione attraverso sistemi solari attivi assistiti per il raffrescamento (ad esempio, cicli di assorbimento e adsorbimento guidati dal calore dei collettori solari – Solar Cooling).






• 9.Utilizzare impianti di raffrescamento attivi convenzionali ad alta efficienza

  Se, e solo se, i punti 1-8 non sono ancora sufficienti per ottenere le condizioni di comfort termico desiderate, usa impianti di raffrescamento convenzionali, purchè siano ad alta efficienza.

  Progetta questi sistemi attivi in combinazione con gli accorgimenti dei punti 1-8, in modo che si occupino solo dei picchi di carico nei periodi estremamenti caldi o di particolari zone dell’edificio, lasciando la maggiorparte dei carichi ai sistemi passivi/attivi precedenti.

  Nel caso di edifici esistenti dotati degli attuali e tradizionali sistemi di climatizzazione, cerca di utilizzare i passi 1-8 per ridurre i carichi di raffrescamento e di migliorare l’efficienza degli impianti esistenti usando lo stesso approccio, vale a dire demandarli ai soli picchi di calore.

  Questo significa:

  • intervenire prima a livello di diffusione dell’aria fredda nell’ambiente interno
  • intervenire poi sul sistema di distribuzione (aria o acqua), riducendo le perdite di carico nei condotti (layot dritti dei condotti, scelta di elementi a basso attrito) e sulle perdite
  • aumentare l’efficienza degli scambiatori di calore
  • ombreggiare i condensatori dal sole
  • utilizzare ventilatori efficienti
  • utilizzare pompe e motori con regolazione della velocità






• 10.Informare gli utenti su come usare, monitorare e manutenere l’edificio

  Dovranno essere previsti manuali (chiari ed esaustivi) e una formazione iniziale, per consentire agli utenti dell’immobile una gestione razionale nonchè il controllo dell’edificio e dei suoi sistemi/impianti, quando presenti.

  Per i nuovi edifici, dovrebbe essere disposto un piano di monitoraggio per valutare se le prestazioni (comfort, consumi) dell’edificio corrispondano agli obiettivi scelti in fase di progetto e che siano mantenuti nel corso del tempo. Dovrebbe essere previsto anche un piano di manutenzione nel caso le prestazioni attese venissero a mancare nel tempo.

Links interessanti

• La ventilazione comfort per gli edifici ad alte prestazioni energetiche
• Progettare il comfort termico
• Il benessere termoigrometrico
• Metodo di Fanger
• Carte bioclimatiche di Givoni

Non dimentichiamo però che un edificio, oltre alle caratteristiche di efficienza energetica, deve essere in grado di fornire dei livelli di comfort ambientale accettabili. L’articolo sull’inerzia termica evidenzia che sufficienti condizioni di benessere termico possono essere raggiunte realizzando l’involucro edilizio con una adeguata quantità di massa sul lato interno, specialmente nella fase estiva dei nostri climi temperati.

L’utilizzo del legno come materiale da costruzione ecologico è sicuramente una strada percorribile, ma sin dalla fase progettuale occorre tenere ben in mente delle sue scarse proprietà inerziali e studiare soluzioni adatte per i nostri climi, utilizzandolo ad esempio insieme a materiali con più alta capacità di accumulo termico. Un esempio sono i PCM (Phase Change Materials).



Approfondimenti casa in legno CNR


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