Studio del comfort termico e del consumo energetico in uno stadio di calcio climatizzato progettato per un clima caldo e umido

Il comfort termico o termoigrometrico è un aspetto della qualità ambientale in un ambiente in cui viene creato un microclima mediante opportuni sistemi di controllo delle condizioni ambientali. Per definire la qualità globale di tali ambienti occorre considerare non solo il benessere termoigrometrico ma anche quello respiratorio-olfattivo, quello visivo-illuminotecnico e quello acustico. Non vi è correlazione tra una tipologia di comfort ed un’altra, dunque ciascun comfort può essere trattato singolarmente. In questa tesi l’oggetto di studio è il solo comfort termico.
Il comfort termoigrometrico è difficile da definire, si può considerare che con tale termine ci si riferisca ad uno stato personale in cui i singoli individui dichiarano di non percepire in un determinato ambiente sensazioni di caldo o di freddo [12]. Le norme UNI EN ISO 7730 lo definiscono come “una condizione mentale di soddisfazione nei confronti dell’ambiente termico”. Una tale condizione è molto importante sia negli ambienti di vita che in quelli di lavoro, non solo per rendere piacevole il soggiorno ma anche per garantire condizioni di salubrità, oltre che migliorare la produttività e la sicurezza.
In questo capitolo viene trattata prima la teoria del comfort termico (seguendo la trattazione del volume Fisica Tecnica di G. CESINI, G. LATINI, F. POLONARA [12]), successivamente vengono presentati i metodi di valutazione del comfort scelti (indici PMV-PPD e WBGT) e viene valutato il comfort per gli occupanti dello stadio elaborando i risultati di ognuna delle simulazioni di capitolo 3.

Termodinamica e sistemi biologici
Per arrivare ad una determinazione qualitativa delle condizioni di comfort termoigrometrico, si può studiare il problema utilizzando le leggi della termodinamica per effettuare un bilancio energetico del corpo umano dal punto di vista della sua interazione con l’ambiente che lo circonda. La termodinamica si applica ai sistemi biologici in quanto soggetti a processi di trasformazione e scambio di energia. Tuttavia la difficoltà maggiore nell’analisi termodinamica di esseri viventi è costituita dal fatto che tali sistemi non sono in equilibrio termodinamico. Si ricorda che un sistema si può considerare in equilibrio termodinamico se si trova contemporaneamente in equilibrio termico, meccanico e chimico. Poiché in ogni cellula di un organismo vivente, per ogni secondo, accadono migliaia di reazioni chimiche è evidente che l’ipotesi di equilibrio chimico non è mai verificata, per
cui risulterebbe difficile definire le grandezze di stato proprie del sistema. Si ovvia a tale problema utilizzando un modello semplificato, formulato nel 1936 da A.P. Gagge del Pierce Laboratory of Higiene di New Haven (Connecticut, USA), detto “Two node model” che considera il corpo umano costituito da:
• un “core” interno (in cui sono presenti gli organi vitali come il cuore, i polmoni, il fegato, il cervello ecc.) che si trova a temperatura uniforme ben definita (Tb), il che consente anche di definire altre grandezze di stato che da essa dipendono come, in particolare, l’energia interna;
• e “the skin” (la pelle) ovvero la superficie esterna del corpo che viene invece considerata ad una temperatura media (Tsk), anche se, come si vedrà più avanti, essa può assumere valori molto diversi in differenti punti della superficie del corpo.

Una ulteriore importante ipotesi semplificativa è quella di considerare che l’effetto globale delle reazioni chimiche di conversione delle sostanze che costituiscono i cibi sia essenzialmente di natura termica e sia descrivibile come una generazione interna di calore, o “generazione metabolica”. Tale effetto viene ritenuto dipendente unicamente dalla attività svolta dall’individuo e non dal tipo e dalla quantità di cibo introdotto.
Infine una ultima approssimazione riguarda il sistema termodinamico. È evidente infatti che il corpo umano è un sistema aperto che scambia con l’ambiente sia energia (termica e meccanica) sia flussi di massa di tipo diverso (aria inspirata, prodotti della respirazione espirati, vapore acqueo, sudore ecc.). Poiché però quantificare in modo rigoroso tali scambi di massa risulta estremamente complicato, soprattutto per quanto riguarda la determinazione dei lavori di pulsione, nel modello semplificato si può descrivere il corpo umano come un sistema termodinamico chiuso considerando però gli scambi di energia termica connessi con i fluidi di massa.
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