Comfort ambientale

Il comfort di un’abitazione, un ufficio, rappresenta un requisito fondamentale nella progettazione dei luoghi, degli ambienti perché ha lo scopo di migliorare la qualità dell’abitare e garantire livelli elevati di benessere a tutti soggetti fruitori.
Compito di noi progettisti è 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 (il clima, i venti dominanti, irraggiamento…), sulla destinazione dei locali, i materiali da costruzione, le abitudini degli utenti. Sulla base di queste indicazioni vengono successivamente valutati gli aspetti positivi da utilizzare e gli aspetti negativi ai quali occorre intervenire attraverso una progettazione integrata.
Al fine di valutare i livelli di comfort ottimali si fa riferimento alle seguenti classi di benessere:

• Benessere fisico-termoigrometrico:stato in cui l’individuo all’interno di un ambiente esprime uno stato di neutralità termica
• Benessere acustico: condizione psicofisica in corrispondenza della quale un individuo, in presenza di un campo di rumore, dichiara di trovarsi in una situazione di benessere, tenuto conto anche della particolare attività che sta svolgendo
• Benessere visivo: stato in cui l’individuo può svolgere nel modo migliore i diversi compiti che è chiamato ad assolvere
• Benessere respiratorio e qualità aria: stato di soddisfazione di un individuo nei confronti dell'aria che respira, in cui non sono presenti inquinanti in concentrazioni ritenute nocive per la salute dell’uomo

 

Benessere fisico

La sensazione di benessere ambientale dipende da parametri legati all’individuo e da fattori legati all’ambiente stesso. La condizione di benessere può essere espressa come uno stato di neutralità termica, in cui la persona non è affetta da sensazioni di freddo o caldo e può essere ottenuta attraverso determinati parametri ambientali tra cui:

• temperatura media dell’aria ambientale rilevabile al centro dell’ambiente ad un’altezza di 1,5 m mediante un termometro a bulbo asciutto schermato dalla radiazione solare e infrarossa
• temperatura media radiante definita come la media delle temperature delle singole superfici circostanti, ponderate in funzione della loro area
• velocità dell’aria definita come la velocità relativa media dell’aria rispetto a una persona immobile nell’ambiente. Produce un aumento o una diminuzione del raffreddamento evaporativo e convettivo del corpo umano con conseguente dispersione di calore
• umidità dell’aria definita dal rapporto tra la pressione parziale del vapor d’acqua contenuto nell’aria ambiente e la pressione di saturazione alla stessa temperatura di bulbo secco dell’aria
• abbigliamento (1 clo = 0,155 m² °C/W) definita dalla resistenza termica complessiva opposta dagli indumenti al trasferimento di calore attraverso essi
• tipo di attività svolta (1 met = 58,2 W/m²) definita come l’energia prodotta per metabolismo dalla superficie corporea durante ogni attività svolta

 

Il corpo umano scambia continuamente calore con l’ambiente circostante per convenzione, per irraggiamento e per evapotraspirazione. In particolare lo scambio termico per irraggiamento assume una rilevanza importante ai fini del benessere ambientale in quanto piccole differenze di temperatura tra la superficie corporea e le superfici dell’ambiente comportano notevoli quantità di energia scambiata che possono causare stati di discomfort (si ricorda che la legge fisica che descrive gli scambi termici per irraggiamento Q_irr = ε*σ*(T₁⁴ – T₂⁴), le differenze di temperatura sono elevate alla quarta potenza). Di conseguenza allo scopo di garantire livelli di comfort è fondamentale evitare fenomeni legati al discomfort locale attraverso:

• scambi radiativi asimmetrici
• correnti d’aria localizzati (spifferi)
• elevato gradiente verticale della temperatura (testa calda e piedi freddi)
• contatto con superfici fredde (parete non isolata)

 

Risultati di alcune indagini condotte su un certo numero di persone ha rivelato che 3 °C di differenza della temperatura dell'aria tra la testa ed i piedi determina una percentuale di insoddisfatti pari al 5%. La UNI-EN-ISO 7730 riportata come livello di accettabilità per una persona seduta che svolge un’attività sedentaria una differenza verticale di temperatura dell'aria tra 1,1 m e 0,1 m dal pavimento (livello testa e caviglia) di 3°C. Il contatto diretto con un pavimento caratterizzato da una temperatura troppo alta o troppo bassa provoca un discomfort localizzato.
Tra i requisiti di benessere, per un’attività sedentaria in condizioni invernali la norma raccomanda una temperatura superficiale del pavimento compresa tra 19 °C e 26 °C, con la possibilià di progettare sistemi di riscaldamento a pavimento a 29 °C tuttavia le temperature superficiali limite del pavimento nel caso di persone a piedi nudi sono leggermente differenti: in un bagno la temperatura ottimale è pari a 29°C per un pavimento in marmo e a 26°C per un pavimento in legno. L'asimmetria della temperatura radiante dovuta a finestre o superfici fredde verticali deve essere minore di 10 °C e la'umidità relativa compresa tra il 30% e il 70%. Per evitare una delle causa più comuni di disagio locale come le correnti d'aria è opportuno mantenere la velocità dell'aria entro certi valori che dipendono dalla temperatura dell'aria.
La norma UNI EN ISO 7730 definisce un metodo che consente di valutare le sensazioni termiche avvertite da un campione di persone in determinate condizioni ambientali e il loro grado di disagio (insoddisfazione termica). Attraverso la combinazione dei diversi parametri (temperatura, umidità,…), è possibile valutare il livello di comfort di un ambiente in funzione del giudizio espresso da un certo numero di persone mediante il calcolo di due indici: l'indice PMV (voto medio previsto dall’inglese "Predicted Mean Vote") che rappresenta il valore medio dei voti del campione di persone che esprimono, secondo una scala di sette punti che va da +3 =molto caldo a -3 =freddo, la propria sensazione termica all’interno di un certo ambiente e l’indice PPD (percentuale prevista di insoddisfatti dall’inglese "Predicted Percentuage of Dissatisfied") che fornisce informazioni sul disagio termico, o sul malessere termico, prevedendo la percentuale di persone che sentirebbe troppo caldo o troppo freddo in un certo ambiente.
L'indice PMV può essere determinato quando sono stimati l'abbigliamento (resistenza termica), l'attività svolta e misurati i parametri ambientali (temperatura dell'aria, temperatura media radiante, velocità dell'aria, pressione parziale del vapore d'acqua). L'indice PPD fornisce una previsione quantitativa del numero di persone insondisfatte dal punto di vista termico. La relazione tra l'indice PMV e PPD si basa su una ricerca effettuata sulla sensazione termica espressa da un campione di 1300 soggetti vestiti in abiti leggeri esposte per tre ore consecutive in un ambiente

 

 

Dalla relazione fra PMV e PPD descritta nel grafico si evince come in corrispondenza di un PMV=0 esiste comunque un 5% di persone insoddisfatte e che il campo di accettabilità di PMV compreso tra - 0,5 e +0,5 corrisponde un valore di PPD pari al 10%. L’ASHRAE 55 accetta un 20% per il PPD cioè un PMV fra +0,85 e -0,85.
Nella normativa sono descritti le variazioni dell’indice PMV in funzione di parametri quali il livello di attività, il grado igrometrico, l’indice di resistenza del vestiario.

 

Benessere acustico

La protezione degli ambienti dai rumori provenienti dall’esterno o da ambienti adiacenti assume una importanza sempre maggiore sia per la richiesta di una certificazione a livello normativo in aggiunta all’attuale legge (DPCM 5/12/97) che per la crescente sensibilità maturata dalle persone sul problema dell’inquinamento acustico.

 

 

Una volta definite le sorgenti di rumore, esterne o interne, viene successivamente valutato le modalità di propagazione delle onde sonore all’interno dei vari ambienti di un edificio che possono essere suddivisi in:

• rumore aereo generato da una sorgente esterna (traffico, aerei, …)
• rumore aereo generato da sorgente interna all’edificio (vani tecnici, ascensori, attività commerciali, ricreative, …)
• rumore di tipo impattivo (calpestio solaio)
• rumore generato dagli impianti o dalle attività delle persone
• rumore riverberante

Il rumore aereo si propaga secondo due modalità: per via aerea diretta, laddove la sorgente sonora si trova nello stesso ambiente dell’ascoltatore che viene raggiunto direttamente dalle onde sonore senza che queste subiscano alcuna attenuazione (ad eccezione dei fenomeni di assorbimento e riflessione dipendenti dalla geometria e dai rivestimenti superficiali dell’ambiente) dovuta dalla presenza di ostacoli quali muri, solai. Per via aerea indiretta quando l’onda sonora subisce un attenuazione per la presenza di ostacoli (pareti divisorie) nel suo cammino di propagazione. La tipologia di rumore aereo è strettamente correlata alle prestazioni acustiche delle strutture edilizie che costituiscono l’involucro, la pelle dell’edificio (pareti verticali, coperture, solai). Altra modalità di propagazione è quella per via strutturale dove le onde sonore sono generate dalle vibrazioni delle strutture sottoposte a urti (rumore da calpestio del pavimento). Questa tipologia di rumore è dipende invece dalle caratteristiche acustiche delle strutture (solai, parete divisorie), finiture (intonaci, pavimenti) interne all’edificio. Il benessere acustico viene valutato in funzione di grandezze acustiche quali:

• livello di pressione sonora
• livello di intensità sonora
• livello di potenza sonora

La propagazione per via aerea avviene convenzionalmente secondo due modalità: per via aerea diretta , ossia quando la sorgente sonora è contenuta nella stanza in cui è presente anche l’ascoltatore. In questo caso le onde sonore che si sviluppano dalla sorgente, raggiungono l’ascoltatore senza incontrare ostacoli e non incontrano pareti da attraversare ma solamente superfici dalle quali vengono riflesse. I fenomeni in gioco sono quindi sostanzialmente di riflessione ed assorbimento. Per via aerea ma attraverso pareti divisorie, ossia quando l’onda sonora, nel suo cammino di propagazione, incontra una parete da attraversare che, prima di raggiungere l’ascoltatore, ne attenua l’ampiezza secondo modalità specifiche che vedremo nel seguito.
Con riferimento alle leggi fisiche che regolano la trasmissione dei rumori aerei un involucro composto da differenti sub-sistemi è l’elemento con le peggiori prestazioni acustiche ad influenzare il comportamento acustico complessivo, così in una facciata il sistema finestra e il nodo di attacco alla parete rappresentano i punti deboli a cui prestare maggiore attenzione.

 

Classificazione degli ambienti abitativi e relativi valori limite

 

La legislazione vigente disciplina l’inquinamento acustico attraverso DPCM 14/11/97 che stabilisce dei valori limite delle sorgenti sonore e con il DPCM 5/12/97 che definisce i requisiti acustici passivi degli edifici che sono suddivisi in sette categorie in funzione della loro destinazione d’uso. Per ogni categoria il decreto stabilisce i valori limite per le prestazioni acustiche dell’edificio e dei suoi componenti con riferimento alle seguenti grandezze rilevate in opera :

• indice di valutazione del potere fonoisolante apparente di elementi di separazione fra ambienti R’w definisce le proprietà isolanti di una parete divisoria tra due unità immobiliari. Il termine apparente indica “rilevato in opera”
• indice di valutazione dell’isolamento acustico standardizzato di facciata (D2m,nT,w) definisce le proprietà di isolamento acustico di una parete che delimita un ambiente interno da uno esterno. La misurazione viene effettuata a 2m dalla facciata (2m) e il valore risutanta normalizzato rispetto al tempo di riverberazione dell’ambiente interno
• indice di valutazione del livello di rumore da calpestio di solai normalizzato (L’n,w) definisce il livello di rumore trasmesso attraverso la struttura del solaio
• livello continuo equivalente di pressione sonora, ponderata A (LA, eq) dovuto ad impianti con funzionamento continuo definisce il valore medio del livello di pressione prodotta da un impianto a ciclo continuo
• livello massimo di pressione sonora, ponderato A misurata con costante temporale slow (LA,S,max), dovuto ad impianti con funzionamento discontinuo definisce il livello massimo di pressione sonora misurato durante l’evento sonoro causato da un impianto a ciclo discontinuo

 

INDICE DI VALUTAZIONE DELL’ISOLAMENTO

Il comportamento acustico di un elemento edilizio viene descritto attraverso un grafico in cui valori riportati sono ricavati in funzione di un campo di frequenza compreso tra 100 e 3150Hz (misure in opera) Le prestazioni acustiche degli edifici e dei suoi componenti vengono definite dalla UNI EN ISO 717-1-2-3 attraverso un parametro a singolo numero detto indice di valutazione ottenuta sovrapponendo la curva di riferimento definita dalla ISO con la curva sperimentale in modo tale che la media degli scostamenti sfavorevoli calcolati sull’intera banda di frequenza sia inferiore a 2 dB. Una volta verificato si andrà a leggere l’indice di valutazione sulla curva riferimento corrispondente alla frequenza di 500 Hz.

 

GRANDEZZE PSICOACUSTICHE

Le grandezze fisiche finora citate descrivono i vari fenomeni fisici che interessano l'acustica ambientale senza fornire alcuna indicazione in merito alla percezione soggettiva dei suoni, intensità soggettiva, e agli effetti di disturbo che certi rumori producono. Il suono percepito con caratteristiche psicosensoriali viene definito attraverso:

• il tono che è legato alla frequenza; i toni gravi sono caratterizzati da frequenze basse, i toni acuti da frequenze alte
• l’ intensità di sensazione uditiva legata al livello di pressione sonora ed alla composizione spettrale del suono
• il timbro che indica la capacità dell’orecchio di distinguere suoni identici per intensità ed tonalità ma emessi da sorgenti diverse: ad es. da strumenti musicali diversi, la voce dell’uomo da quella della donna, ecc.

 

Il campo di udibilità dell’orecchio umano varia in base ai livelli di pressione sonora e alle frequenze comprese fra 20 e 20000 Hz; tale comportamento viene descritto attraverso un diagramma denominato audiogramma normale dove sono riportate delle curve isofoniche delimitate da due curve , una inferiore che definisce la ‘soglia di udibilità’ e una superiore rappresentativa ‘la soglia del dolore’.
Le curve isofoniche (phon) rappresentano, al variare della frequenza, i livelli di pressione sonora (Hz) in grado di produrre la stessa sensazione sonora così ad esempio osservando il grafico si vede che un suono puro avente un livello di pressione sonora pari a 35 dB a 200 Hz produce la stessa sensazione di intensità soggettiva di un suono di 50 dB a 70 Hz; a loro volta entrambi i suoni hanno lo stesso livello di intensità soggettiva pari a 30 Phon (30 dB a 1000 Hz). La valutazione del disturbo o danno da rumore viene effettuata attraverso metodi semplificati che prevedono l’impiego di 4 curve di ponderazione in frequenza (A, B, C, D) ciascuna delle quali specifica per determinate applicazioni. La valutazione degli effetti del rumore sulle persone viene effettuata utilizzando la curva di ponderazione A.

 

Benessere visivo

Il benessere visivo rappresenta il livello ottimale di luce che consente ai nostri occhi la migliore percezione visiva dell’ambiente intesa come rilievo dei contrasti di colori e luminosità, distinzione degli oggetti anche quelli più distanti…Il benessere visivo rappresenta un argomento assai articolato e a tutt’oggi molto dibattuto dovuto essenzialmente alla molteplicità di fattori che intervengono e ne influenzano le prestazioni tra i quali ricordiamo:

• flusso luminoso (lm=lumen)
  indica la quantità indica la quantità di energia luminosa emessa nell’unità di tempo da una sorgente
• intensità luminosa (cd=candela)
  indica la quantità di flusso luminoso emessa da una sorgente all’interno dell’angolo solido unitario (steradiante) in una direzione data. Una sorgente luminosa puntiforme emette radiazioni della stessa intensità in tutte le direzioni, quindi il suo flusso luminoso si propaga uniformemente come generato dal centro di una sfera.
  Le sorgenti luminose artificiali non emettono luce in modo uniforme in tutte le direzioni dello spazio, quindi a seconda della direzione considerata si può avere una intensità diversa. Un sistema pratico per visualizzare la distribuzione della luce emessa da una sorgente nello spazio consiste nel rappresentare le intensità luminose come vettori applicati nel medesimo punto, come raggi uscenti dal centro di una sfera.
I cataloghi degli apparecchi di illuminazione riportano spesso le curve fotometriche ossia le sezioni del solido fotometrico sui due piani principali, ortogonali tra loro, intersecati per l’asse di simmetria e rotazione.
• illuminamento (lux= lumen / m²)
  indica la quantità di luce che colpisce una superficie unitaria in altre parole il rapporto tra il flusso luminoso incidente su una superficie e l’area della superficie illuminata. Una buona progettazione deve prima di tutto prefiggersi lo scopo di garantire in ogni ambiente il giusto livello di illuminamento. I valori di illuminamento da adottare sono in relazione al tipo di attività prevista nell’ambiente e sono influenzati dal potere di assorbimento e di riflessione del flusso luminoso da parte dei materiali presenti nell’ambiente e dal loro colore.
• luminanza (cd / m²)
  indica l’intensità della luce riflessa o emessa da una superficie verso chi guarda ovvero il rapporto tra l’intensità luminosa emessa da una superficie in una data direzione e l’area apparente di tale superficie. È importante avere ben chiara la differenza esistente tra illuminamento e luminanza. Se la prima grandezza indica la quantità di luce, emessa da una sorgente, che colpisce una certa superficie, la seconda indica la sensazione di luminosità che riceviamo da questa superficie: ciò vuol significa che su due superfici, una bianca e una nera, possiamo avere lo stesso valore di illuminamento, ad esempio 300 lux, ma la sensazione di luminosità ricevuta, e quindi la luminanza, sarà completamente differente avendo le due superfici differenti coefficienti di riflessione.
  L’ efficacia di un progetto di illuminazione è il risultato ottenuto dallo sviluppo di due differenti analisi quantitativa, data dalla determinazione del numero di sorgenti luminose e loro posizionamento, e qualitativa, data dalla scelta del tipo di luce più adatto a svolgere una determinata attività e dalla sua distribuzione nello spazio.

 

A questi si aggiungono i fattori fisiologici dell’occhio:

• capacità di adattamento
  indica la capacità dell’occhio ad adattarsi a differenti condizioni di luminosità
• contrasto
  indica il rapporto di luminanza tra l’oggetto da visualizzare e il suo sfondo cioè rappresenta la capacità dell’occhio di distinguere gli oggetti sulla base della sua luminosità
• acuità visiva
  rappresenta la capacità dell’occhio a riconoscere gli oggetti e suoi particolari. Aumenta con l’aumentare del contrasto e della luminanza.
• velocità di percezione
  indica il tempo che trascorre affinchè un oggetto venga riconosciuto
• tonalità della luce
  la tonalità della luce viene valutata attraverso la temperatura di colore. Le tonalità calde sono preferibili per bassi valori di illuminamento, mentre per quelli più elevati sono preferibili le tonalità fredde.
• direzione della luce
  una luce diretta e intensa genera fenomeni di abbagliamento
• abbagliamento
  rappresenta un disturbo alla visione ottica provocato generalmente dalla luce diretta o riflessa da superfici e come conseguenza produce un peggioramento della percezione dell’immagine. Risulta una delle principali cause di discomfort
• illuminamento
  l’illuminamento è inversamente proporzionale alla distanza della superficie illuminata: in altre parole l’illuminamento della superficie da parte della sorgente luminosa è tanto minore quanto più è grande la distanza della sorgente dalla superficie.
• indice di resa cromatica
  indica l’effetto prodotto da una sorgente luminosa sulla scala cromatica di un oggetto confrontato con quello ottenuto per effetto di un corpo nero campione avente la stessa temperatura di colore. L’indice di resa dei colori non deve essere confusa con la temperatura di colore, in quanto quest’ultima indica il colore della luce emessa ma non ci dice niente sulla sua capacità di rendere i colori