COMFORT TERMICO: PERCHE’ 22° NON BASTANO PER SENTIRSI AL CALDO
Comfort termico in casa: perché 22 °C non bastano per sentirsi al caldo
Quando il termostato indica 22 °C, è naturale pensare che l’ambiente sia sufficientemente caldo. Dal punto di vista del comfort termico, però, questa lettura è incompleta.
La temperatura dell’aria è soltanto uno dei parametri che determinano la sensazione di caldo o di freddo. A essa si aggiungono la Temperatura Radiante Media (MRT), la velocità dell’aria, l’umidità, il livello di attività metabolica e l’abbigliamento.
Per capire perché una persona possa avere freddo in una stanza a 22 °C bisogna quindi considerare il bilancio termico complessivo tra il corpo umano e l’ambiente.
ASHRAE 55: il comfort termico non è soltanto una temperatura
Per inquadrare tecnicamente il problema bisogna partire da ASHRAE Standard 55 – Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy, uno dei principali riferimenti internazionali per la valutazione del comfort termico negli ambienti occupati.
Lo standard, sviluppato a partire dal 1966 e successivamente aggiornato, definisce il comfort termico come «quella condizione mentale che esprime soddisfazione per l’ambiente termico».
La definizione è volutamente soggettiva. Il comfort termico, infatti, non è una proprietà assoluta dell’ambiente: è la risposta di una persona a determinate condizioni ambientali e personali.
ASHRAE 55 fornisce quindi metodi per valutare la probabilità che gli occupanti siano soddisfatti delle condizioni termiche di uno spazio, anziché stabilire semplicemente che una determinata temperatura sia «confortevole» per tutti.
Le sei variabili del comfort termico
Il modello di comfort considera sei variabili fondamentali.
1. Temperatura dell’aria
È la temperatura dell’aria che circonda l’occupante. È il parametro più conosciuto e quello normalmente utilizzato dal termostato.
Ma è soltanto uno dei sei input.
2. Temperatura radiante
Rappresenta l’effetto termico delle superfici circostanti: pareti, finestre, pavimenti, soffitti e altri elementi dell’ambiente.
È il parametro alla base del concetto di Temperatura Radiante Media (MRT).
3. Velocità dell’aria
L’aria in movimento aumenta lo scambio termico convettivo e può modificare sensibilmente la sensazione di comfort.
Una corrente d’aria può quindi far percepire una temperatura più bassa anche quando il termostato non cambia.
4. Umidità
L’umidità dell’aria influenza soprattutto la capacità del corpo di disperdere calore attraverso l’evaporazione.
Il suo ruolo diventa particolarmente importante nelle condizioni calde.
5. Abbigliamento
I vestiti costituiscono una resistenza allo scambio termico tra corpo e ambiente.
Una persona con abbigliamento pesante e una persona con abbigliamento leggero possono quindi avere sensazioni molto diverse nelle stesse condizioni ambientali.
6. Tasso metabolico
È il calore prodotto dal corpo in funzione dell’attività svolta.
Una persona seduta alla scrivania ha una produzione di calore diversa da una persona che cammina, lavora fisicamente o svolge attività sportiva.
Il problema dei sistemi HVAC tradizionali
Qui emerge una delle principali criticità della gestione convenzionale degli edifici.
La maggior parte dei sistemi HVAC controlla direttamente soprattutto la temperatura dell’aria e, in alcuni casi, l’umidità.
Gli altri quattro fattori dipendono invece in larga misura dalla progettazione dell’edificio, dalle caratteristiche dell’impianto e dal comportamento degli occupanti.
La temperatura delle superfici dipende dall’involucro edilizio e dall’impianto. La velocità dell’aria dipende dalla ventilazione e dalla distribuzione dell’aria. L’abbigliamento e l’attività metabolica dipendono invece dalla persona.
Questo significa che un termostato non può, da solo, controllare il comfort termico.
PMV e PPD: come si misura il comfort
Per quantificare la risposta termica degli occupanti vengono utilizzati, tra gli altri, due indici fondamentali:
- PMV – Predicted Mean Vote, ovvero il voto medio previsto;
- PPD – Predicted Percentage of Dissatisfied, ovvero la percentuale prevista di persone insoddisfatte.
Il PMV stima la sensazione termica media di un gruppo di persone esposte a determinate condizioni ambientali e personali.
Il PPD traduce questa valutazione in una stima della percentuale di occupanti che potrebbe risultare insoddisfatta delle condizioni termiche.
Questo punto è particolarmente importante: il comfort non viene interpretato come una condizione in cui il 100% delle persone è soddisfatto.
Anche in condizioni considerate ottimali dal modello, una certa quota di persone può continuare a percepire caldo o freddo.
Il riferimento progettuale comunemente associato al modello PMV/PPD è un PPD inferiore al 10%, corrispondente a un PMV compreso indicativamente tra −0,5 e +0,5.
In altre parole, anche uno spazio progettato secondo criteri di comfort molto rigorosi non può realisticamente garantire che ogni singolo occupante si senta perfettamente a proprio agio.
Ecco perché 22 °C non significano necessariamente comfort
A questo punto possiamo tornare al caso iniziale.
Il termostato indica 22 °C.
Questa informazione ci dice qualcosa sulla temperatura dell’aria, ma non ci dice necessariamente:
- quale sia la temperatura delle finestre;
- quanto siano calde le pareti;
- quale sia la temperatura radiante media;
- se esistano correnti d’aria;
- quale sia l’umidità;
- che tipo di abbigliamento indossino gli occupanti;
- quale attività stiano svolgendo.
Di conseguenza, due ambienti entrambi impostati a 22 °C possono produrre condizioni di comfort molto differenti.
Una stanza con grandi finestre fredde e pareti poco isolate può risultare meno confortevole di un ambiente alla stessa temperatura dell’aria ma con superfici interne più calde.
MRT e temperatura operativa
È proprio per questo che, nell’analisi del comfort, la temperatura dell’aria deve essere considerata insieme alla temperatura radiante.
In condizioni semplificate e con velocità dell’aria relativamente bassa, la temperatura operativa può essere approssimata come:
To ≈ (Ta + Tr) / 2
dove:
- To è la temperatura operativa;
- Ta è la temperatura dell’aria;
- Tr è la temperatura radiante media.
Se l’aria è a 22 °C e la temperatura radiante media è 18 °C:
To ≈ (22 + 18) / 2 = 20 °C
Il valore è una semplificazione e non sostituisce una valutazione completa del comfort secondo i modelli tecnici applicabili. Serve però a evidenziare un concetto fondamentale: l’ambiente termico non può essere descritto dalla sola temperatura dell’aria.
Qual è la temperatura ideale in casa?
Anche qui è necessario fare un distinguo.
Non esiste una singola temperatura ideale valida per ogni stagione, ambiente e persona.
In inverno
Per gli ambienti domestici, un intervallo indicativo comunemente utilizzato è 18-22 °C, ma il valore effettivamente confortevole dipende dalle condizioni dell’ambiente e dagli occupanti.
Una temperatura dell’aria di 20 °C in un edificio ben isolato, con superfici interne relativamente calde e bassa velocità dell’aria, può risultare più confortevole di 22 °C in un ambiente con finestre fredde, ponti termici e correnti d’aria.
Per questo motivo, aumentare semplicemente il setpoint del termostato non è sempre la soluzione migliore.
In estate
Anche in estate il comfort non dipende esclusivamente dalla temperatura dell’aria.
Umidità, movimento dell’aria, radiazione solare e temperatura delle superfici possono modificare sensibilmente la sensazione termica.
Una temperatura interna molto bassa rispetto all’esterno non rappresenta necessariamente una condizione di comfort ottimale e può comportare consumi energetici maggiori.
Il controllo del comfort estivo dovrebbe quindi considerare l’interazione tra climatizzazione, schermature solari, ventilazione, involucro edilizio e comportamento degli occupanti.
Il ruolo del riscaldamento radiante
Il riscaldamento radiante affronta direttamente una delle componenti che il termostato non controlla: la temperatura delle superfici.
Nel riscaldamento a pavimento, nei pannelli radianti a parete o a soffitto, l’energia viene trasferita alle superfici che partecipano successivamente allo scambio radiativo con gli occupanti.
In determinate condizioni, questo consente di raggiungere il livello di comfort desiderato con una temperatura dell’aria inferiore rispetto a un sistema basato prevalentemente sul riscaldamento convettivo.
Il vantaggio deriva quindi dalla modifica del bilancio termico complessivo, non da una semplice differenza nella temperatura indicata dal termostato.
I Romani e il principio dell’ipocausto
Il concetto di riscaldare le strutture dell’edificio è molto più antico della moderna ingegneria del comfort.
I Romani utilizzavano l’ipocausto, un sistema che faceva circolare aria calda sotto i pavimenti e, in alcune configurazioni, attraverso intercapedini delle pareti.
Le superfici dell’edificio venivano così riscaldate direttamente e contribuivano alla distribuzione del calore.
Naturalmente, l’ipocausto non era progettato sulla base dei modelli moderni di PMV, PPD o MRT. Rappresenta però un interessante esempio storico di una strategia che valorizzava il riscaldamento delle superfici anziché affidarsi esclusivamente alla temperatura dell’aria.
Il comfort non è uguale per tutti
Il modello di comfort termico evidenzia anche un’altra realtà spesso ignorata: le persone non sono tutte uguali.
Attività metabolica, abbigliamento, età e caratteristiche fisiologiche possono influenzare la risposta termica individuale.
Per questo è problematico parlare di una temperatura universale che garantisca il comfort di tutti.
In un ufficio, per esempio, una persona sedentaria può avere freddo mentre un collega che svolge un’attività più intensa può sentirsi perfettamente a proprio agio alle stesse condizioni ambientali.
Il fatto che il modello preveda una percentuale di persone insoddisfatte anche in condizioni ottimali conferma che il comfort termico è intrinsecamente probabilistico e individuale.
Verso i microclimi personali
Questa considerazione porta a un’evoluzione interessante nella progettazione degli edifici: il passaggio dal controllo di una temperatura unica alla gestione di microclimi personali.
Invece di aumentare la temperatura dell’intero edificio per soddisfare gli occupanti che hanno freddo, si può intervenire localmente attraverso:
- sistemi radianti localizzati;
- controllo indipendente delle zone;
- ventilazione regolabile;
- dispositivi personali di riscaldamento o raffrescamento;
- schermature solari;
- miglioramento dell’isolamento e delle superfici dell’involucro.
L’obiettivo è quindi spostare la domanda da:
«A quanti gradi dobbiamo impostare il termostato?»
a:
«Quali condizioni termiche garantiscono il comfort delle persone nella zona effettivamente occupata?»
Il termostato misura la temperatura. Il comfort misura qualcosa di molto più complesso.
Il messaggio fondamentale di ASHRAE 55 è che il comfort termico non può essere ridotto a un singolo numero.
Temperatura dell’aria, temperatura radiante, velocità dell’aria, umidità, abbigliamento e metabolismo interagiscono continuamente nel determinare la risposta dell’occupante.
Per questo motivo, la frase «il termostato segna 22 °C» non è una risposta alla domanda «le persone stanno bene?».
È soltanto l’inizio dell’analisi.
Un edificio realmente confortevole deve essere progettato per gestire il bilancio termico complessivo: involucro, superfici, impianti, distribuzione dell’aria e condizioni degli occupanti.
Perché il vero obiettivo dell’ingegneria del comfort non è mantenere semplicemente 22 °C.
È fare in modo che le persone si sentano bene.
