Mercoledì, Febbraio 16 2011 00: 42

Controllo degli ambienti interni: principi generali

Le persone in contesti urbani trascorrono tra l'80 e il 90% del loro tempo in spazi chiusi svolgendo attività sedentarie, sia durante il lavoro che durante il tempo libero. (Vedi figura 1).

Figura 1. Gli abitanti delle città trascorrono dall'80 al 90% del loro tempo in ambienti chiusi

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Questo fatto ha portato alla creazione all'interno di questi spazi interni di ambienti più confortevoli e omogenei rispetto a quelli che si trovano all'aperto con le loro mutevoli condizioni climatiche. Per rendere possibile ciò, l'aria all'interno di questi ambienti doveva essere condizionata, riscaldata durante la stagione fredda e rinfrescata durante la stagione calda.

Affinché la climatizzazione fosse efficiente ed economicamente vantaggiosa era necessario controllare l'aria che entrava negli edifici dall'esterno, dalla quale non si potevano pretendere le caratteristiche termiche desiderate. Il risultato sono stati edifici sempre più ermetici e un controllo più rigoroso della quantità di aria ambiente utilizzata per rinnovare l'aria interna stagnante.

La crisi energetica degli inizi degli anni '1970 - e la conseguente necessità di risparmiare energia - ha rappresentato un altro stato di cose spesso responsabile di drastiche riduzioni del volume di aria ambiente utilizzato per il rinnovo e la ventilazione. Ciò che si faceva comunemente allora era riciclare l'aria all'interno di un edificio molte volte. Ciò è stato fatto, ovviamente, con l'obiettivo di ridurre il costo dell'aria condizionata. Ma qualcos'altro cominciò a succedere: il numero di denunce, disagi e/o problemi di salute degli occupanti di questi edifici aumentò considerevolmente. Ciò, a sua volta, ha aumentato i costi sociali e finanziari dovuti all'assenteismo e ha portato gli specialisti a studiare l'origine di denunce che, fino ad allora, si ritenevano indipendenti dall'inquinamento.

Non è complicato spiegare cosa ha portato alla comparsa di reclami: gli edifici sono costruiti sempre più ermeticamente, il volume di aria fornita per la ventilazione è ridotto, più materiali e prodotti vengono utilizzati per isolare termicamente gli edifici, il numero di prodotti chimici ei materiali sintetici utilizzati si moltiplicano e si diversificano e si perde gradualmente il controllo individuale dell'ambiente. Il risultato è un ambiente indoor sempre più contaminato.

Gli occupanti di edifici con ambienti degradati reagiscono quindi, per la maggior parte, esprimendo lamentele su aspetti del loro ambiente e presentando sintomi clinici. I sintomi più comunemente sentiti sono i seguenti: irritazione delle mucose (occhi, naso e gola), mal di testa, mancanza di respiro, maggiore incidenza di raffreddori, allergie e così via.

Quando arriva il momento di definire le possibili cause che scatenano queste lamentele, l'apparente semplicità del compito cede di fatto il posto a una situazione molto complessa mentre si cerca di stabilire la relazione di causa ed effetto. In questo caso bisogna guardare a tutti i fattori (sia ambientali che di altra origine) che possono essere implicati nei disturbi o nei problemi di salute che si sono manifestati.

La conclusione, dopo molti anni di studio di questo problema, è che questi problemi hanno origini multiple. Le eccezioni sono quei casi in cui il rapporto di causa ed effetto è stato chiaramente stabilito, come nel caso dell'insorgenza della malattia del legionario, ad esempio, o dei problemi di irritazione o di aumentata sensibilità dovuti all'esposizione alla formaldeide.

Il fenomeno prende il nome di sindrome da edificio malato, ed è definito come quei sintomi che colpiscono gli occupanti di un edificio in cui i disturbi dovuti al malessere sono più frequenti di quanto si possa ragionevolmente prevedere.

Nella tabella 1 sono riportati alcuni esempi di inquinanti e le più comuni fonti di emissioni associabili a un peggioramento della qualità dell'aria indoor.

Oltre alla qualità dell'aria interna, che è influenzata da inquinanti chimici e biologici, la sindrome dell'edificio malato è attribuita a molti altri fattori. Alcuni sono fisici, come il calore, il rumore e l'illuminazione; alcuni sono psicosociali, primo fra tutti il ​​modo in cui è organizzato il lavoro, i rapporti di lavoro, il ritmo di lavoro e il carico di lavoro.

Tabella 1. Gli inquinanti indoor più comuni e le loro fonti

Website

Fonti di emissione

Inquinanti

All'aperto

Fonti fisse

 
 

Siti industriali, produzione di energia

Anidride solforosa, ossidi di azoto, ozono, particolato, monossido di carbonio, composti organici

 

Veicoli a motore

Monossido di carbonio, piombo, ossidi di azoto

 

Suolo

Radon, microrganismi

Ambientazione interna

Materiali di costruzione

 
 

Pietra, cemento

Radon

 

Compositi di legno, impiallacciatura

Formaldeide, composti organici

 

Isolamento

Formaldeide, fibra di vetro

 

Ritardanti di fiamma

Amianto

 

Verniciatura

Composti organici, piombo

 

Attrezzature e impianti

 
 

Impianti di riscaldamento, cucine

Monossido e anidride carbonica, ossidi di azoto, composti organici, particolato

 

Fotocopiatrici

Ozono

 

Sistemi di ventilazione

Fibre, microrganismi

 

occupanti

 
 

Attività metabolica

Anidride carbonica, vapore acqueo, odori

 

Attività biologica

Microrganismi

 

Attività umana

 
 

Sigarette

Monossido di carbonio, altri composti, particolato

 

Deodoranti

Fluorocarburi, odori

 

Pulizia

Composti organici, odori

 

Tempo libero, attività artistiche

Composti organici, odori

 

L'aria interna gioca un ruolo molto importante nella sindrome dell'edificio malato, e controllarne la qualità può quindi aiutare, nella maggior parte dei casi, a correggere o aiutare a migliorare le condizioni che portano alla comparsa della sindrome. Va ricordato, tuttavia, che la qualità dell'aria non è l'unico fattore da considerare nella valutazione degli ambienti interni.

Misure per il controllo degli ambienti interni

L'esperienza dimostra che la maggior parte dei problemi che si verificano negli ambienti interni sono il risultato di decisioni prese durante la progettazione e la costruzione di un edificio. Sebbene questi problemi possano essere risolti in seguito adottando misure correttive, va sottolineato che prevenire e correggere le carenze durante la progettazione dell'edificio è più efficace ed economico.

La grande varietà di possibili fonti di inquinamento determina la molteplicità di azioni correttive che possono essere intraprese per metterle sotto controllo. La progettazione di un edificio può coinvolgere professionisti di vari settori, come architetti, ingegneri, interior designer e altri. È quindi importante in questa fase tenere presente i diversi fattori che possono contribuire a eliminare o minimizzare i possibili problemi futuri che potrebbero sorgere a causa della cattiva qualità dell'aria. I fattori che dovrebbero essere considerati sono

  • selezione del sito
  • progettazione architettonica
  • selezione dei materiali
  • sistemi di ventilazione e condizionamento utilizzati per controllare la qualità dell'aria interna.

 

Selezione di un cantiere

L'inquinamento atmosferico può provenire da fonti vicine o lontane dal sito prescelto. Questo tipo di inquinamento include, per la maggior parte, gas organici e inorganici derivanti dalla combustione - siano essi di autoveicoli, impianti industriali o elettrici in prossimità del sito - e particolato aereo di varia origine.

L'inquinamento trovato nel suolo include composti gassosi da materia organica sepolta e radon. Questi contaminanti possono penetrare nell'edificio attraverso fessure nei materiali da costruzione a contatto con il suolo o per migrazione attraverso materiali semipermeabili.

Quando la costruzione di un edificio è in fase di progettazione, dovrebbero essere valutati i diversi siti possibili. Il miglior sito dovrebbe essere scelto, tenendo conto di questi fatti e informazioni:

  1. Dati che mostrano i livelli di inquinamento ambientale della zona, per evitare fonti lontane di inquinamento.
  2. Analisi di fonti di inquinamento adiacenti o vicine, tenendo conto di fattori quali la quantità di traffico veicolare e le possibili fonti di inquinamento industriale, commerciale o agricolo.
  3. I livelli di inquinamento nel suolo e nell'acqua, compresi i composti organici volatili o semivolatili, il gas radon e altri composti radioattivi che derivano dalla disintegrazione del radon. Queste informazioni sono utili se si deve decidere di modificare il sito o di adottare misure per mitigare la presenza di questi contaminanti all'interno del futuro edificio. Tra le misure che possono essere prese ci sono l'efficace sigillatura dei canali di penetrazione o la progettazione di sistemi di ventilazione generale che assicureranno una pressione positiva all'interno del futuro edificio.
  4. Informazioni sul clima e sulla direzione del vento predominante nella zona, nonché variazioni giornaliere e stagionali. Queste condizioni sono importanti per decidere il corretto orientamento dell'edificio.

 

Le fonti locali di inquinamento devono invece essere controllate mediante diverse tecniche specifiche, come il drenaggio o la pulizia del suolo, la depressurizzazione del suolo o l'utilizzo di setti architettonici o scenografici.

Progettazione architettonica

L'integrità di un edificio è stata, per secoli, un'ingiunzione fondamentale al momento della pianificazione e progettazione di un nuovo edificio. A tal fine si è tenuto conto, oggi come in passato, della capacità dei materiali di resistere al degrado dovuto all'umidità, agli sbalzi di temperatura, ai movimenti dell'aria, alle radiazioni, all'attacco di agenti chimici e biologici oa calamità naturali.

Il fatto che i suddetti fattori debbano essere considerati quando si intraprende qualsiasi progetto architettonico non è un problema nel contesto attuale: inoltre, il progetto deve attuare le giuste decisioni per quanto riguarda l'integrità e il benessere degli occupanti. In questa fase del progetto devono essere prese decisioni su aspetti quali la progettazione degli spazi interni, la selezione dei materiali, l'ubicazione delle attività che potrebbero essere potenziali fonti di inquinamento, le aperture dell'edificio verso l'esterno, le finestre e le sistema di ventilazione.

Aperture edilizie

Misure efficaci di controllo durante la progettazione dell'edificio consistono nel pianificare la posizione e l'orientamento di queste aperture con un occhio alla riduzione al minimo della quantità di contaminazione che può entrare nell'edificio da fonti di inquinamento precedentemente rilevate. Occorre tenere presenti le seguenti considerazioni:

  • Le aperture devono essere lontane da fonti di inquinamento e non nella direzione predominante del vento. Quando le aperture sono vicine a fonti di fumo o scarico, il sistema di ventilazione dovrebbe essere progettato per produrre una pressione d'aria positiva in quella zona per evitare il rientro dell'aria ventilata, come mostrato in figura 2.
  • Particolare attenzione deve essere prestata per garantire il drenaggio e per evitare infiltrazioni dove l'edificio viene a contatto con il suolo, nelle fondamenta, nelle aree piastrellate, dove sono presenti il ​​sistema di drenaggio e le condutture e altri siti.
  • L'accesso alle banchine di carico e ai garage dovrebbe essere realizzato lontano dai normali punti di presa d'aria dell'edificio e dagli ingressi principali.

 

Figura 2. Penetrazione dell'inquinamento dall'esterno

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Windows

Negli ultimi anni c'è stata un'inversione di tendenza rispetto agli anni '1970 e '1980, e ora c'è la tendenza a includere le finestre funzionanti nei nuovi progetti architettonici. Questo conferisce diversi vantaggi. Uno di questi è la capacità di fornire una ventilazione supplementare in quelle zone (poche, si spera) che ne hanno bisogno, supponendo che il sistema di ventilazione disponga di sensori in quelle zone per prevenire squilibri. Va tenuto presente che la possibilità di aprire una finestra non sempre garantisce l'ingresso di aria fresca in un edificio; se il sistema di ventilazione è pressurizzato, l'apertura di una finestra non fornirà una ventilazione extra. Altri vantaggi sono di carattere decisamente psicosociale, consentendo agli occupanti un certo grado di controllo individuale sull'ambiente circostante e l'accesso diretto e visivo all'esterno.

Protezione contro l'umidità

Il principale mezzo di controllo consiste nella riduzione dell'umidità nelle fondamenta dell'edificio, dove i microrganismi, in particolare i funghi, possono frequentemente diffondersi e svilupparsi.

Deumidificare l'area e pressurizzare il terreno può impedire la comparsa di agenti biologici e può anche impedire la penetrazione di inquinanti chimici eventualmente presenti nel terreno.

La sigillatura e il controllo delle aree chiuse dell'edificio più sensibili all'umidità dell'aria è un'altra misura da prendere in considerazione, poiché l'umidità può danneggiare i materiali utilizzati per rivestire l'edificio, con il risultato che questi materiali possono quindi diventare una fonte di contaminazione microbiologica .

Progettazione degli spazi interni

È importante conoscere in fase di progettazione la destinazione d'uso dell'edificio o le attività che verranno svolte al suo interno. È importante soprattutto sapere quali attività possono essere fonte di contaminazione; questa conoscenza può quindi essere utilizzata per limitare e controllare queste potenziali fonti di inquinamento. Alcuni esempi di attività che possono essere fonti di contaminazione all'interno di un edificio sono la preparazione di alimenti, la stampa e le arti grafiche, il fumo e l'uso di macchine fotocopiatrici.

L'ubicazione di queste attività in luoghi specifici, separati e isolati da altre attività, dovrebbe essere decisa in modo tale che gli occupanti dell'edificio ne risentano il meno possibile.

È consigliabile che tali lavorazioni siano dotate di un sistema di aspirazione localizzato e/o di sistemi di ventilazione generale con caratteristiche particolari. La prima di queste misure ha lo scopo di controllare i contaminanti alla fonte dell'emissione. La seconda, applicabile quando le sorgenti sono numerose, quando sono disperse in un dato spazio, o quando l'inquinante è estremamente pericoloso, dovrebbe rispettare i seguenti requisiti: essere in grado di fornire volumi di aria nuova adeguati alle condizioni stabilite standard per l'attività in questione, non dovrebbe riutilizzare l'aria miscelandola con il flusso generale di ventilazione nell'edificio e dovrebbe includere un'estrazione supplementare di aria forzata ove necessario. In tali casi il flusso d'aria in questi locali dovrebbe essere attentamente pianificato, per evitare il trasferimento di sostanze inquinanti tra spazi contigui, creando, ad esempio, una pressione negativa in un dato spazio.

A volte il controllo si ottiene eliminando o riducendo la presenza di inquinanti nell'aria mediante filtrazione o pulizia chimica dell'aria. Nell'utilizzare queste tecniche di controllo, si dovrebbero tenere presenti le caratteristiche fisiche e chimiche degli inquinanti. I sistemi di filtrazione, ad esempio, sono adeguati per la rimozione del particolato dall'aria, purché l'efficienza del filtro corrisponda alla dimensione delle particelle che vengono filtrate, ma consentono il passaggio di gas e vapori.

L'eliminazione della fonte di inquinamento è il modo più efficace per controllare l'inquinamento negli ambienti interni. Un buon esempio che illustra il punto sono le restrizioni ei divieti contro il fumo sul posto di lavoro. Laddove è consentito fumare, è generalmente limitato ad aree speciali dotate di speciali sistemi di ventilazione.

Selezione dei materiali

Nel cercare di prevenire possibili problemi di inquinamento all'interno di un edificio, occorre prestare attenzione alle caratteristiche dei materiali utilizzati per la costruzione e la decorazione, agli arredi, alle normali attività lavorative che verranno svolte, alle modalità di pulizia e disinfezione dell'edificio e il modo in cui gli insetti e altri parassiti saranno controllati. È anche possibile ridurre i livelli di composti organici volatili (COV), ad esempio, prendendo in considerazione solo materiali e mobili che hanno tassi di emissione noti per questi composti e selezionando quelli con i livelli più bassi.

Oggi, nonostante alcuni laboratori e istituzioni abbiano effettuato studi su emissioni di questo tipo, le informazioni disponibili sui tassi di emissione di contaminanti per i materiali da costruzione sono scarse; tale scarsità è peraltro aggravata dal vasto numero di prodotti disponibili e dalla loro variabilità nel tempo.

Nonostante questa difficoltà, alcuni produttori hanno iniziato a studiare i loro prodotti e ad includere, solitamente su richiesta del consumatore o del professionista dell'edilizia, informazioni sulla ricerca effettuata. I prodotti sono sempre più frequentemente etichettati sicuro per l'ambiente, non tossico e così via.

Ci sono ancora molti problemi da superare, però. Esempi di questi problemi includono l'alto costo delle analisi necessarie sia in termini di tempo che di denaro; la mancanza di standard per i metodi utilizzati per analizzare i campioni; la complicata interpretazione dei risultati ottenuti a causa della scarsa conoscenza degli effetti sulla salute di alcuni contaminanti; e la mancanza di accordo tra i ricercatori sul fatto che i materiali con alti livelli di emissione che emettono per un breve periodo di tempo siano preferibili ai materiali con bassi livelli di emissione che emettono per periodi di tempo più lunghi.

Ma il fatto è che nei prossimi anni il mercato dei materiali da costruzione e decorazione diventerà più competitivo e subirà una maggiore pressione legislativa. Ciò comporterà l'eliminazione di alcuni prodotti o la loro sostituzione con altri prodotti aventi tassi di emissione inferiori. Misure di questo tipo sono già in atto con gli adesivi utilizzati nella produzione di tessuti per moquette per tappezzeria e sono ulteriormente esemplificate dall'eliminazione di composti pericolosi come il mercurio e il pentaclorofenolo nella produzione di vernici.

Fino a quando non si saprà di più e la normativa legislativa in questo campo non maturerà, le decisioni in merito alla selezione dei materiali e dei prodotti più appropriati da utilizzare o installare nei nuovi edifici saranno lasciate ai professionisti. Di seguito sono riportate alcune considerazioni che possono aiutarli ad arrivare a una decisione:

  • Dovrebbero essere disponibili informazioni sulla composizione chimica del prodotto e sui tassi di emissione di eventuali inquinanti, nonché qualsiasi informazione riguardante la salute, la sicurezza e il comfort degli occupanti esposti ad essi. Queste informazioni dovrebbero essere fornite dal produttore del prodotto.
  • Dovrebbero essere selezionati i prodotti che hanno i tassi di emissione più bassi possibili di eventuali contaminanti, prestando particolare attenzione alla presenza di composti cancerogeni e teratogeni, irritanti, tossine sistemiche, composti odoriferi e così via. Adesivi o materiali che presentano ampie superfici di emissione o assorbimento, come materiali porosi, tessuti, fibre non rivestite e simili, dovrebbero essere specificati e il loro uso limitato.
  • Dovrebbero essere implementate procedure preventive per la manipolazione e l'installazione di questi materiali e prodotti. Durante e dopo l'installazione di questi materiali lo spazio deve essere abbondantemente ventilato e il sfornare processo (vedi sotto) dovrebbe essere utilizzato per curare alcuni prodotti. Devono essere applicate anche le misure igieniche raccomandate.
  • Una delle procedure consigliate per ridurre al minimo l'esposizione alle emissioni di nuovi materiali durante le fasi di installazione e finitura, nonché durante l'occupazione iniziale dell'edificio, è quella di ventilare l'edificio per 24 ore con il 100% di aria esterna. L'eliminazione di composti organici mediante l'uso di questa tecnica impedisce la ritenzione di questi composti in materiali porosi. Questi materiali porosi possono fungere da serbatoi e successive fonti di inquinamento poiché rilasciano i composti immagazzinati nell'ambiente.
  • Aumentare la ventilazione al livello massimo possibile prima di rioccupare un edificio dopo che è stato chiuso per un periodo - durante le prime ore del giorno - e dopo i fine settimana o le interruzioni per ferie è anche una misura conveniente che può essere implementata.
  • Una procedura speciale, nota come sfornare, è stato utilizzato in alcuni edifici per “curare” nuovi materiali. Il sfornare procedura consiste nell'innalzare la temperatura di un edificio per 48 ore o più, mantenendo il flusso d'aria al minimo. Le alte temperature favoriscono l'emissione di composti organici volatili. L'edificio viene quindi ventilato e il suo carico di inquinamento viene così ridotto. I risultati finora ottenuti dimostrano che questa procedura può essere efficace in alcune situazioni.

 

Sistemi di ventilazione e controllo del clima interno

Negli spazi chiusi, la ventilazione è uno dei metodi più importanti per il controllo della qualità dell'aria. Le fonti di inquinamento in questi spazi sono così tante, e le caratteristiche di questi inquinanti sono così varie, che è quasi impossibile gestirle completamente in fase di progettazione. L'inquinamento generato dagli stessi occupanti dell'edificio – dalle attività che svolgono e dai prodotti che utilizzano per l'igiene personale – ne è un esempio calzante; in generale, queste fonti di contaminazione sfuggono al controllo del progettista.

La ventilazione è, quindi, il metodo di controllo normalmente utilizzato per diluire ed eliminare i contaminanti dagli ambienti interni inquinati; può essere effettuato con aria esterna pulita o aria riciclata opportunamente purificata.

Molti punti diversi devono essere considerati nella progettazione di un sistema di ventilazione se deve servire come metodo di controllo dell'inquinamento adeguato. Tra questi ci sono la qualità dell'aria esterna che verrà utilizzata; i requisiti speciali di determinati inquinanti o della loro fonte di generazione; la manutenzione preventiva del sistema di ventilazione stesso, che dovrebbe essere considerato anche una possibile fonte di contaminazione; e la distribuzione dell'aria all'interno dell'edificio.

La tabella 2 riassume i punti principali che dovrebbero essere considerati nella progettazione di un sistema di ventilazione per il mantenimento di ambienti interni di qualità.

In un tipico impianto di ventilazione/condizionamento, l'aria prelevata dall'esterno e miscelata con una quota variabile di aria di riciclo passa attraverso diversi sistemi di condizionamento, viene solitamente filtrata, riscaldata o raffreddata a seconda della stagione e umidificata o deumidificato secondo necessità.

Tabella 2. Requisiti di base per un sistema di ventilazione per diluizione

Componente di sistema
o funzione

Requisito

Diluizione con aria esterna

Deve essere garantito un volume minimo di aria per occupante all'ora.

 

L'obiettivo dovrebbe essere quello di rinnovare il volume dell'aria interna un numero minimo di volte all'ora.

 

Il volume di aria esterna fornita dovrebbe essere aumentato in base all'intensità delle fonti di inquinamento.

 

Per gli spazi in cui si svolgeranno attività generatrici di inquinamento dovrebbe essere garantita l'estrazione diretta all'esterno.

Posizioni delle prese d'aria

Si dovrebbe evitare di posizionare le prese d'aria vicino a pennacchi di fonti note di inquinamento.

 

Si dovrebbero evitare le zone vicino all'acqua stagnante e agli aerosol che emanano dalle torri di refrigerazione.

 

Dovrebbe essere impedito l'ingresso di qualsiasi animale e agli uccelli dovrebbe essere impedito di appollaiarsi o nidificare vicino alle prese d'aria.

Posizione dell'estrazione dell'aria
vento

Gli sfiati di estrazione devono essere posizionati il ​​più lontano possibile dalle prese d'aria e l'altezza dello sfiato di scarico deve essere aumentata.

 

L'orientamento delle prese d'aria di scarico deve essere nella direzione opposta rispetto alle cappe di aspirazione dell'aria.

Filtrazione e pulizia

Devono essere utilizzati filtri meccanici ed elettrici per il particolato.

 

Si dovrebbe installare un sistema per l'eliminazione chimica degli inquinanti.

Controllo microbiologico

Evitare di porre qualsiasi materiale poroso a diretto contatto con le correnti d'aria, comprese quelle nei condotti di distribuzione.

 

Si deve evitare la raccolta di acqua stagnante dove si forma la condensa nei condizionatori.

 

Dovrebbe essere stabilito un programma di manutenzione preventiva e dovrebbe essere programmata la pulizia periodica degli umidificatori e delle torri di refrigerazione.

Distribuzione dell'aria

Occorre eliminare e prevenire la formazione di eventuali zone morte (dove non c'è ventilazione) e la stratificazione dell'aria.

 

È preferibile miscelare l'aria dove la respirano gli occupanti.

 

Pressioni adeguate dovrebbero essere mantenute in tutti i locali in base alle attività che vengono svolte in essi.

 

I sistemi di propulsione e di estrazione dell'aria dovrebbero essere controllati per mantenere l'equilibrio tra di loro.

 

L'aria, una volta trattata, viene distribuita tramite canalizzazioni in ogni zona dell'edificio e viene immessa attraverso griglie di dispersione. Quindi si mescola negli spazi occupati scambiando calore e rinnovando l'atmosfera interna prima di essere finalmente allontanato da ogni locale da condotti di ritorno.

La quantità di aria esterna che dovrebbe essere utilizzata per diluire ed eliminare gli inquinanti è oggetto di molti studi e controversie. Negli ultimi anni sono state apportate modifiche ai livelli raccomandati di aria esterna e agli standard di ventilazione pubblicati, comportando nella maggior parte dei casi aumenti dei volumi di aria esterna utilizzati. Nonostante ciò, è stato notato che queste raccomandazioni sono insufficienti per controllare efficacemente tutte le fonti di inquinamento. Questo perché gli standard stabiliti sono basati sull'occupazione e prescindono da altre importanti fonti di inquinamento, come i materiali impiegati nella costruzione, gli arredi e la qualità dell'aria prelevata dall'esterno.

Pertanto, la quantità di ventilazione necessaria dovrebbe essere basata su tre considerazioni fondamentali: la qualità dell'aria che si desidera ottenere, la qualità dell'aria esterna disponibile e il carico totale di inquinamento nell'ambiente che verrà ventilato. Questo è il punto di partenza degli studi che sono stati condotti dal professor PO Fanger e dal suo team (Fanger 1988, 1989). Questi studi sono orientati a stabilire nuovi standard di ventilazione che soddisfino i requisiti di qualità dell'aria e che forniscano un livello accettabile di comfort percepito dagli occupanti.

Uno dei fattori che incide sulla qualità dell'aria negli ambienti interni è la qualità dell'aria esterna disponibile. Le caratteristiche delle fonti esterne di inquinamento, come il traffico veicolare e le attività industriali o agricole, pongono il loro controllo fuori dalla portata dei progettisti, dei proprietari e degli occupanti dell'edificio. È in casi di questo tipo che le autorità ambientali devono assumersi la responsabilità di stabilire linee guida per la tutela dell'ambiente e di vigilare sul loro rispetto. Esistono, tuttavia, molte misure di controllo che possono essere applicate e che sono utili alla riduzione e all'eliminazione dell'inquinamento atmosferico.

Come accennato in precedenza, occorre prestare particolare attenzione alla posizione e all'orientamento dei condotti di aspirazione e scarico dell'aria, al fine di evitare il richiamo di inquinamento dall'edificio stesso o dai suoi impianti (torri frigorifere, bocchette di cucine e bagni, ecc.) , nonché da fabbricati nelle immediate vicinanze.

Quando l'aria esterna o di ricircolo risulta inquinata, le misure di controllo consigliate consistono nel filtrarla e pulirla. Il metodo più efficace per rimuovere il particolato è con precipitatori elettrostatici e filtri di ritenzione meccanici. Questi ultimi saranno tanto più efficaci quanto più precisamente saranno calibrati sulla dimensione delle particelle da eliminare.

L'utilizzo di sistemi in grado di abbattere gas e vapori mediante assorbimento e/o adsorbimento chimico è una tecnica poco utilizzata in ambito non industriale; tuttavia, è comune trovare sistemi che mascherano il problema dell'inquinamento, in particolare degli odori, ad esempio, mediante l'uso di deodoranti per ambienti.

Altre tecniche per pulire e migliorare la qualità dell'aria consistono nell'utilizzo di ionizzatori e ozonizzatori. La prudenza sarebbe la migliore politica sull'uso di questi sistemi per ottenere miglioramenti nella qualità dell'aria fino a quando le loro reali proprietà e i loro possibili effetti negativi sulla salute non saranno chiaramente noti.

Una volta che l'aria è stata trattata e raffreddata o riscaldata, viene immessa negli ambienti interni. L'accettabilità o meno della distribuzione dell'aria dipenderà, in larga misura, dalla scelta, dal numero e dalla disposizione delle griglie di diffusione.

Date le divergenze di opinione sull'efficacia delle diverse procedure da seguire per la miscelazione dell'aria, alcuni progettisti hanno iniziato ad utilizzare, in alcune situazioni, sistemi di distribuzione dell'aria che erogano l'aria a pavimento o sulle pareti in alternativa alle griglie di diffusione sul soffitto. In ogni caso, l'ubicazione dei registri di ritorno dovrebbe essere attentamente pianificata per evitare di cortocircuitare l'entrata e l'uscita dell'aria, che ne impedirebbe la completa miscelazione come mostrato in figura 3.

Figura 3. Esempio di come la distribuzione dell'aria può essere cortocircuitata negli ambienti interni

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A seconda di quanto sono compartimentati gli spazi di lavoro, la distribuzione dell'aria può presentare una varietà di problemi diversi. Ad esempio, in spazi di lavoro aperti in cui le griglie di diffusione sono sul soffitto, l'aria nella stanza potrebbe non mescolarsi completamente. Questo problema tende ad aggravarsi quando il tipo di sistema di ventilazione utilizzato può fornire volumi d'aria variabili. Le condotte di distribuzione di questi impianti sono dotate di terminali che modificano la quantità di aria fornita alle condotte in base ai dati ricevuti dai termostati di zona.

Una difficoltà può sorgere quando l'aria fluisce a velocità ridotta attraverso un numero significativo di questi terminali – situazione che si verifica quando i termostati di diverse zone raggiungono la temperatura desiderata – e la potenza ai ventilatori che spingono l'aria viene automaticamente ridotta. Il risultato è che il flusso totale di aria attraverso l'impianto è minore, in alcuni casi molto minore, o addirittura che l'immissione di nuova aria esterna viene interrotta del tutto. Il posizionamento di sensori che controllano il flusso di aria esterna all'ingresso del sistema può garantire che venga sempre mantenuto un flusso minimo di aria nuova.

Un altro problema che emerge regolarmente è che il flusso d'aria è bloccato a causa del posizionamento di partizioni parziali o totali nell'area di lavoro. Ci sono molti modi per correggere questa situazione. Un modo è lasciare uno spazio libero all'estremità inferiore dei pannelli che dividono i cubicoli. Altre modalità prevedono l'installazione di ventilatori supplementari e il posizionamento delle griglie di diffusione a pavimento. L'utilizzo di ventilconvettori supplementari ad induzione favorisce la miscelazione dell'aria e consente il controllo individualizzato delle condizioni termiche dell'ambiente. Senza nulla togliere all'importanza della qualità dell'aria di per sé e i mezzi per controllarlo, va tenuto presente che un ambiente interno confortevole si ottiene dall'equilibrio dei diversi elementi che lo influenzano. Intraprendere qualsiasi azione, anche positiva, che influisca su uno degli elementi senza tener conto degli altri, può alterare l'equilibrio tra di essi, portando a nuove lamentele da parte degli occupanti dell'edificio. Le tabelle 3 e 4 mostrano come alcune di queste azioni, tese a migliorare la qualità dell'aria interna, portino al fallimento di altri elementi dell'equazione, per cui l'adeguamento dell'ambiente di lavoro può avere ripercussioni sulla qualità dell'aria interna.

Tabella 3. Misure di controllo della qualità dell'aria interna e relativi effetti sugli ambienti interni

Action

Entourage

Ambiente termico

Aumento del volume di aria fresca

Aumento delle bozze

Riduzione dell'umidità relativa per il controllo degli agenti microbiologici

Umidità relativa insufficiente

Ambiente acustico

Fornitura intermittente di aria esterna per la conservazione
energia

Esposizione intermittente al rumore

Ambiente visivo

Riduzione dell'uso di luci fluorescenti da ridurre
contaminazione fotochimica

Riduzione dell'efficacia dell'illuminazione

Ambiente psicosociale

Uffici aperti

Perdita di intimità e di uno spazio di lavoro definito

 

Tabella 4. Adeguamenti dell'ambiente di lavoro e loro effetti sulla qualità dell'aria interna

Action

Entourage

Ambiente termico

Basare l'apporto di aria esterna sul termico
Considerazioni

Volumi di aria fresca insufficienti

L'uso di umidificatori

Potenziale rischio microbiologico

Ambiente acustico

Aumento dell'uso di materiali isolanti

Possibile rilascio di sostanze inquinanti

Ambiente visivo

Sistemi basati esclusivamente sull'illuminazione artificiale

Insoddisfazione, mortalità delle piante, crescita di agenti microbiologici

Ambiente psicosociale

Utilizzo di attrezzature nell'area di lavoro, come fotocopiatrici e stampanti

Aumento del livello di inquinamento

 

Garantire la qualità dell'ambiente complessivo di un edificio quando è in fase di progettazione dipende, in larga misura, dalla sua gestione, ma soprattutto da un atteggiamento positivo nei confronti degli occupanti di quell'edificio. Gli occupanti sono i migliori sensori su cui i proprietari dell'edificio possono fare affidamento per misurare il corretto funzionamento degli impianti destinati a fornire un ambiente interno di qualità.

I sistemi di controllo basati su un approccio da “Grande Fratello”, prendendo tutte le decisioni che regolano gli ambienti interni come l'illuminazione, la temperatura, la ventilazione e così via, tendono ad avere un effetto negativo sul benessere psicologico e sociologico degli occupanti. Gli occupanti vedono quindi diminuita o bloccata la loro capacità di creare condizioni ambientali che soddisfino i loro bisogni. Inoltre, i sistemi di controllo di questo tipo sono talvolta incapaci di modificarsi per soddisfare le diverse esigenze ambientali che possono sorgere a causa di modifiche delle attività svolte in un dato spazio, del numero di persone che vi lavorano o di cambiamenti nella modalità di allocazione dello spazio.

La soluzione potrebbe consistere nell'installare un sistema di controllo centralizzato dell'ambiente interno, con comandi localizzati regolati dagli occupanti. Questa idea, molto comunemente usata nel regno dell'ambiente visivo dove l'illuminazione generale è integrata da un'illuminazione più localizzata, dovrebbe essere estesa ad altre preoccupazioni: riscaldamento e condizionamento dell'aria generali e localizzati, forniture generali e localizzate di aria fresca e così via.

In sintesi, si può affermare che in ogni caso una parte delle condizioni ambientali dovrebbe essere ottimizzata mediante un controllo centralizzato basato su considerazioni di sicurezza, salute ed economia, mentre le diverse condizioni ambientali locali dovrebbero essere ottimizzate dagli utenti del spazio. Utenti diversi avranno esigenze diverse e reagiranno in modo diverso a determinate condizioni. Un compromesso di questo tipo tra le diverse parti porterà senza dubbio a una maggiore soddisfazione, benessere e produttività.

 

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Mercoledì, Febbraio 16 2011 00: 49

Aria interna: metodi per il controllo e la pulizia

La qualità dell'aria all'interno di un edificio è dovuta a una serie di fattori che includono la qualità dell'aria esterna, la progettazione del sistema di ventilazione/climatizzazione, il modo in cui il sistema funziona e viene mantenuto e le fonti di inquinamento indoor. In termini generali, il livello di concentrazione di qualsiasi contaminante in uno spazio interno sarà determinato dall'equilibrio tra la generazione dell'inquinante e la velocità della sua eliminazione.

Per quanto riguarda la generazione di contaminanti, anche le fonti di inquinamento possono essere esterne o interne. Le fonti esterne comprendono l'inquinamento atmosferico dovuto a processi di combustione industriale, traffico veicolare, centrali elettriche e così via; inquinamento emesso in prossimità dei pozzi di aspirazione dove l'aria viene aspirata all'interno dell'edificio, come quello proveniente dalle torri di refrigerazione o dalle bocchette di scarico di altri edifici; ed emanazioni da suolo contaminato come gas radon, perdite da serbatoi di benzina o pesticidi.

Tra le fonti di inquinamento interno, vale la pena menzionare quelle associate agli stessi sistemi di ventilazione e condizionamento dell'aria (principalmente la contaminazione microbiologica di qualsiasi segmento di tali sistemi), i materiali utilizzati per costruire e decorare l'edificio e gli occupanti dell'edificio edificio. Fonti specifiche di inquinamento indoor sono fumo di tabacco, laboratori, fotocopiatrici, laboratori fotografici e tipografie, palestre, centri estetici, cucine e caffetterie, bagni, parcheggi e locali caldaia. Tutte queste fonti dovrebbero avere un sistema di ventilazione generale e l'aria estratta da queste aree non dovrebbe essere riciclata attraverso l'edificio. Quando la situazione lo richiede, queste aree dovrebbero anche essere dotate di un sistema di ventilazione localizzata che funzioni per estrazione.

La valutazione della qualità dell'aria interna comprende, tra le altre attività, la misurazione e la valutazione dei contaminanti che possono essere presenti nell'edificio. Diversi indicatori vengono utilizzati per accertare la qualità dell'aria all'interno di un edificio. Includono le concentrazioni di monossido di carbonio e anidride carbonica, i composti organici volatili totali (TVOC), le particelle sospese totali (TSP) e la velocità di ventilazione. Esistono vari criteri o valori obiettivo raccomandati per la valutazione di alcune delle sostanze presenti negli spazi interni. Questi sono elencati in diversi standard o linee guida, come le linee guida per la qualità dell'aria interna promulgate dall'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), o gli standard dell'American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE).

Per molte di queste sostanze, tuttavia, non esistono standard definiti. Per ora la linea d'azione consigliata è applicare i valori e gli standard per gli ambienti industriali forniti dalla Conferenza americana degli igienisti industriali governativi (ACGIH 1992). Vengono quindi applicati fattori di sicurezza o di correzione dell'ordine della metà, un decimo o un centesimo dei valori specificati.

I metodi di controllo dell'aria interna possono essere suddivisi in due gruppi principali: controllo della fonte di inquinamento, o controllo dell'ambiente con strategie di ventilazione e pulizia dell'aria.

Controllo della fonte di inquinamento

La fonte di inquinamento può essere controllata con vari mezzi, inclusi i seguenti:

  1. Eliminazione. Eliminare la fonte di inquinamento è il metodo ideale per il controllo della qualità dell'aria indoor. Questa misura è permanente e non richiede futuri interventi di manutenzione. Si applica quando la fonte dell'inquinamento è nota, come nel caso del fumo di tabacco, e non richiede la sostituzione di agenti inquinanti.
  2. Sostituzione. In alcuni casi, la sostituzione del prodotto che è fonte di contaminazione è la misura da adottare. Cambiare il tipo di prodotti utilizzati (per la pulizia, la decorazione, ecc.) con altri che forniscono lo stesso servizio ma sono meno tossici o presentano meno rischi per le persone che li utilizzano a volte è possibile.
  3. Isolamento o confinamento spaziale. Queste misure sono progettate per ridurre l'esposizione limitando l'accesso alla fonte. Il metodo consiste nell'interporre barriere (parziali o totali) o contenimenti attorno alla fonte di inquinamento per minimizzare le emissioni nell'aria circostante e limitare l'accesso delle persone all'area prossima alla fonte di inquinamento. Questi spazi dovrebbero essere dotati di sistemi di ventilazione supplementari in grado di estrarre l'aria e fornire un flusso d'aria diretto dove necessario. Esempi di questo approccio sono i forni chiusi, i locali caldaie e le sale fotocopiatrici.
  4. Sigillare la fonte. Questo metodo consiste nell'utilizzare materiali che emettono livelli minimi di inquinamento o che non ne emettono affatto. Questo sistema è stato suggerito come un modo per inibire la dispersione di fibre di amianto sciolte da vecchi isolanti, nonché per inibire l'emissione di formaldeide da pareti trattate con resine. Negli edifici contaminati da gas radon, questa tecnica viene utilizzata per sigillare blocchi di calcestruzzo e fessure nei muri seminterrati: vengono utilizzati polimeri che impediscono l'immissione di radon dal terreno. Le pareti del seminterrato possono anche essere trattate con vernice epossidica e un sigillante polimerico di polietilene o poliammide per prevenire la contaminazione che potrebbe penetrare attraverso le pareti o dal terreno.
  5. Ventilazione per estrazione localizzata. I sistemi di ventilazione localizzata si basano sulla cattura dell'inquinante alla fonte o il più vicino possibile alla fonte. La cattura è realizzata da una campana progettata per intrappolare l'inquinante in una corrente d'aria. L'aria scorre poi da condotti con l'ausilio di un ventilatore da purificare. Se l'aria estratta non può essere purificata o filtrata, deve essere scaricata all'esterno e non deve essere riciclata nell'edificio.

 

Controllo dell'ambiente

Gli ambienti interni degli edifici non industriali presentano solitamente molte fonti di inquinamento e, inoltre, tendono ad essere disperse. Il sistema più comunemente impiegato per correggere o prevenire problemi di inquinamento indoor è quindi la ventilazione, sia generale che per diluizione. Questo metodo consiste nel muovere e dirigere il flusso d'aria per catturare, contenere e trasportare gli inquinanti dalla loro fonte al sistema di ventilazione. Inoltre, la ventilazione generale consente anche il controllo delle caratteristiche termiche dell'ambiente interno mediante condizionamento e ricircolo dell'aria (vedi “Finalità e principi della ventilazione generale e di diluizione”, altrove in questo capitolo).

Per diluire l'inquinamento interno, l'aumento del volume di aria esterna è consigliabile solo quando l'impianto è dimensionato correttamente e non provoca mancanza di ventilazione in altre parti dell'impianto o quando il volume aggiunto non impedisce una corretta climatizzazione . Affinché un sistema di ventilazione sia il più efficace possibile, è necessario installare degli estrattori localizzati presso le fonti di inquinamento; l'aria mista a inquinamento non dovrebbe essere riciclata; gli occupanti dovrebbero essere posizionati vicino a bocchette di diffusione dell'aria e fonti di inquinamento vicino a bocchette di estrazione; gli inquinanti dovrebbero essere espulsi per la via più breve possibile; e gli spazi che hanno fonti localizzate di inquinamento dovrebbero essere mantenuti a pressione negativa rispetto alla pressione atmosferica esterna.

La maggior parte delle carenze di ventilazione sembra essere collegata a una quantità inadeguata di aria esterna. Una non corretta distribuzione dell'aria ventilata, però, può anche comportare problemi di scarsa qualità dell'aria. In ambienti con soffitti molto alti, ad esempio, dove l'aria calda (meno densa) viene immessa dall'alto, la temperatura dell'aria può stratificarsi e la ventilazione non riuscirà quindi a diluire l'inquinamento presente nell'ambiente. Il posizionamento e l'ubicazione delle bocchette di diffusione dell'aria e delle bocchette di ritorno dell'aria rispetto agli occupanti e alle fonti di contaminazione è una considerazione che richiede particolare attenzione durante la progettazione del sistema di ventilazione.

Tecniche di purificazione dell'aria

I metodi di purificazione dell'aria dovrebbero essere progettati e selezionati con precisione per tipi di inquinanti specifici e molto concreti. Una volta installato, una regolare manutenzione eviterà che il sistema diventi una nuova fonte di contaminazione. Le seguenti sono descrizioni di sei metodi utilizzati per eliminare gli inquinanti dall'aria.

Filtrazione di particelle

La filtrazione è un metodo utile per eliminare liquidi o solidi in sospensione, ma va tenuto presente che non elimina gas o vapori. I filtri possono catturare particelle per ostruzione, impatto, intercettazione, diffusione e attrazione elettrostatica. La filtrazione di un sistema di condizionamento dell'aria interna è necessaria per molte ragioni. Uno è quello di evitare l'accumulo di sporcizia che può causare una diminuzione della sua efficienza di riscaldamento o raffreddamento. Il sistema può anche essere corroso da alcune particelle (acido solforico e cloruri). La filtrazione è necessaria anche per evitare una perdita di equilibrio nel sistema di ventilazione a causa di depositi sulle pale del ventilatore e false informazioni fornite ai controlli a causa di sensori intasati.

I sistemi di filtrazione dell'aria interna traggono vantaggio dal posizionamento di almeno due filtri in serie. Il primo, un prefiltro o filtro primario, trattiene solo le particelle più grandi. Questo filtro dovrebbe essere cambiato spesso e allungherà la vita del filtro successivo. Il filtro secondario è più efficiente del primo, e può filtrare spore fungine, fibre sintetiche e in generale polveri più fini di quelle raccolte dal filtro primario. Questi filtri dovrebbero essere abbastanza fini da eliminare sostanze irritanti e particelle tossiche.

Un filtro viene selezionato in base alla sua efficacia, alla sua capacità di accumulare polvere, alla sua perdita di carica e al livello di purezza dell'aria richiesto. L'efficacia di un filtro è misurata secondo gli standard ASHRAE 52-76 ed Eurovent 4/5 (ASHRAE 1992; CEN 1979). La loro capacità di ritenzione misura la massa di polvere trattenuta moltiplicata per il volume di aria filtrata e serve per caratterizzare filtri che trattengono solo particelle di grandi dimensioni (filtri a bassa e media efficienza). Per misurare la sua capacità di ritenzione, una polvere aerosol sintetica di concentrazione e granulometria note viene forzata attraverso un filtro. la parte trattenuta nel filtro è calcolata mediante gravimetria.

Il efficienza di un filtro si esprime moltiplicando il numero di particelle trattenute per il volume di aria filtrata. Questo valore è quello utilizzato per caratterizzare i filtri che trattengono anche le particelle più fini. Per calcolare l'efficienza di un filtro, viene forzata attraverso di esso una corrente di aerosol atmosferico contenente un aerosol di particelle con un diametro compreso tra 0.5 e 1 μm. La quantità di particelle catturate viene misurata con un opacimetro, che misura l'opacità causata dal sedimento.

Il DOP è un valore utilizzato per caratterizzare i filtri antiparticolato ad altissima efficienza (HEPA). Il DOP di un filtro viene calcolato con un aerosol prodotto vaporizzando e condensando diottilftalato, che produce particelle di 0.3 μm di diametro. Questo metodo si basa sulla proprietà di diffusione della luce delle gocce di diottilftalato: se sottoponiamo il filtro a questo test l'intensità della luce diffusa è proporzionale alla concentrazione superficiale di questo materiale e la penetrazione del filtro può essere misurata dall'intensità relativa di luce diffusa prima e dopo aver filtrato l'aerosol. Affinché un filtro ottenga la designazione HEPA, sulla base di questo test deve essere efficiente al di sopra del 99.97%.

Sebbene esista una relazione diretta tra loro, i risultati dei tre metodi non sono direttamente confrontabili. L'efficienza di tutti i filtri diminuisce man mano che si intasano e possono quindi diventare fonte di odori e contaminazioni. La vita utile di un filtro ad alta efficienza può essere notevolmente estesa utilizzando uno o più filtri di potenza inferiore davanti al filtro ad alta efficienza. La tabella 1 mostra le rese iniziali, finali e medie di diversi filtri secondo i criteri stabiliti da ASHRAE 52-76 per particelle di 0.3 μm di diametro.

Tabella 1. L'efficacia dei filtri (secondo lo standard ASHRAE 52-76) per particelle di 3 mm di diametro

Descrizione del filtro

ASHRAE 52-76

Efficienza (%)

 

Punto di polvere (%)

Arresto (%)

Iniziale

fine

Mediano

Medio

25-30

92

1

25

15

Medio

40-45

96

5

55

34

Alta

60-65

97

19

70

50

Alta

80-85

98

50

86

68

Alta

90-95

99

75

99

87

HEPA al 95%.

-

-

95

99.5

99.1

HEPA al 99.97%.

-

-

99.97

99.7

99.97

 

Precipitazione elettrostatica

Questo metodo si rivela utile per il controllo del particolato. Apparecchiature di questo tipo funzionano ionizzando le particelle e quindi eliminandole dalla corrente d'aria quando vengono attratte e catturate da un elettrodo collettore. La ionizzazione si verifica quando l'effluente contaminato passa attraverso il campo elettrico generato da una forte tensione applicata tra l'elettrodo di raccolta e quello di scarica. La tensione è ottenuta da un generatore di corrente continua. L'elettrodo collettore ha un'ampia superficie ed è solitamente caricato positivamente, mentre l'elettrodo di scarica è costituito da un cavo caricato negativamente.

I fattori più importanti che influenzano la ionizzazione delle particelle sono la condizione dell'effluente, il suo scarico e le caratteristiche delle particelle (dimensione, concentrazione, resistenza, ecc.). L'efficacia della cattura aumenta con l'umidità, la dimensione e la densità delle particelle e diminuisce con l'aumento della viscosità dell'effluente.

Il vantaggio principale di questi dispositivi è che sono altamente efficaci nella raccolta di solidi e liquidi, anche quando la dimensione delle particelle è molto fine. Inoltre, questi sistemi possono essere utilizzati per volumi elevati e temperature elevate. La perdita di pressione è minima. Gli svantaggi di questi sistemi sono l'alto costo iniziale, l'ampio ingombro ei rischi per la sicurezza che comportano date le altissime tensioni in gioco, soprattutto quando vengono utilizzati per applicazioni industriali.

I precipitatori elettrostatici sono utilizzati in una gamma completa, dagli ambienti industriali per ridurre l'emissione di particelle agli ambienti domestici per migliorare la qualità dell'aria interna. Questi ultimi sono dispositivi più piccoli che funzionano a tensioni comprese tra 10,000 e 15,000 volt. Di solito hanno sistemi con regolatori di tensione automatici che assicurano che venga sempre applicata una tensione sufficiente per produrre ionizzazione senza causare una scarica tra i due elettrodi.

Generazione di ioni negativi

Questo metodo serve per eliminare le particelle sospese nell'aria e, secondo alcuni autori, per creare ambienti più salubri. L'efficacia di questo metodo come mezzo per ridurre il disagio o la malattia è ancora oggetto di studio.

Adsorbimento di gas

Questo metodo viene utilizzato per eliminare gas e vapori inquinanti come formaldeide, anidride solforosa, ozono, ossidi di azoto e vapori organici. L'adsorbimento è un fenomeno fisico mediante il quale le molecole di gas vengono intrappolate da un solido adsorbente. L'adsorbente è costituito da un solido poroso con una superficie molto ampia. Per ripulire dall'aria questo tipo di inquinante, si fa passare attraverso una cartuccia piena di adsorbente. Il carbone attivo è il più utilizzato; intrappola un'ampia gamma di gas inorganici e composti organici. Idrocarburi alifatici, clorurati e aromatici, chetoni, alcoli ed esteri ne sono alcuni esempi.

Il gel di silice è anche un adsorbente inorganico e viene utilizzato per intrappolare più composti polari come ammine e acqua. Esistono anche altri adsorbenti organici costituiti da polimeri porosi. È importante tenere presente che tutti i solidi adsorbenti intrappolano solo una certa quantità di inquinante e poi, una volta saturi, devono essere rigenerati o sostituiti. Un altro metodo di cattura tramite solidi adsorbenti consiste nell'utilizzare una miscela di allumina attiva e carbone impregnata di reagenti specifici. Alcuni ossidi metallici, ad esempio, catturano i vapori di mercurio, l'idrogeno solforato e l'etilene. Va tenuto presente che l'anidride carbonica non viene trattenuta dall'adsorbimento.

Assorbimento di gas

L'eliminazione di gas e fumi per assorbimento comporta un sistema che fissa le molecole facendole passare attraverso una soluzione assorbente con la quale reagiscono chimicamente. Questo è un metodo molto selettivo e utilizza reagenti specifici per l'inquinante che deve essere catturato.

Il reagente è generalmente disciolto in acqua. Inoltre deve essere sostituito o rigenerato prima che sia esaurito. Poiché questo sistema si basa sul trasferimento dell'inquinante dalla fase gassosa a quella liquida, le proprietà fisiche e chimiche del reagente sono molto importanti. La sua solubilità e reattività sono particolarmente importanti; altri aspetti che giocano un ruolo importante in questo passaggio dalla fase gassosa a quella liquida sono il pH, la temperatura e l'area di contatto tra gas e liquido. Dove l'inquinante è altamente solubile, è sufficiente farlo gorgogliare attraverso la soluzione per fissarlo al reagente. Dove l'inquinante non è così facilmente solubile il sistema da adottare deve garantire una maggiore area di contatto tra gas e liquido. Alcuni esempi di assorbenti e dei contaminanti per i quali sono particolarmente adatti sono riportati nella tabella 2.

Tabella 2. Reagenti utilizzati come assorbenti per vari contaminanti


Assorbente

Contaminant

Dietilidrossiammina

Solfuro d'idrogeno

Permangenato di potassio

Gas odoriferi

Acidi cloridrico e solforico

Le ammine

Solfuro di sodio

aldeidi

Idrossido di sodio

Formaldehyde


Ozonizzazione

Questo metodo per migliorare la qualità dell'aria interna si basa sull'uso del gas ozono. L'ozono viene generato dall'ossigeno gassoso mediante radiazione ultravioletta o scarica elettrica e viene impiegato per eliminare i contaminanti dispersi nell'aria. Il grande potere ossidante di questo gas lo rende adatto all'uso come agente antimicrobico, deodorante e disinfettante e può aiutare ad eliminare gas e fumi nocivi. Viene anche impiegato per purificare ambienti con alte concentrazioni di monossido di carbonio. In ambito industriale viene utilizzato per il trattamento dell'aria di cucine, mense, impianti di trasformazione alimentare e ittica, impianti chimici, impianti di depurazione residua, impianti di gomma, impianti di refrigerazione e così via. Negli uffici viene utilizzato con impianti di climatizzazione per migliorare la qualità dell'aria interna.

L'ozono è un gas bluastro con un caratteristico odore penetrante. Ad alte concentrazioni è tossico e persino mortale per l'uomo. L'ozono è formato dall'azione della radiazione ultravioletta o da una scarica elettrica sull'ossigeno. La produzione intenzionale, accidentale e naturale di ozono dovrebbe essere differenziata. L'ozono è un gas estremamente tossico e irritante sia in caso di esposizione a breve che a lungo termine. A causa del modo in cui reagisce nel corpo, non si conoscono livelli per i quali non vi siano effetti biologici. Questi dati sono discussi più ampiamente nella sezione chimica di questo Enciclopedia.

I processi che impiegano l'ozono dovrebbero essere eseguiti in spazi chiusi o avere un sistema di estrazione localizzato per catturare qualsiasi rilascio di gas alla fonte. Le bombole di ozono devono essere conservate in aree refrigerate, lontano da agenti riducenti, materiali infiammabili o prodotti che potrebbero catalizzarne la rottura. Va tenuto presente che se gli ozonizzatori funzionano a pressioni negative e dispongono di dispositivi di spegnimento automatico in caso di guasto, la possibilità di perdite è ridotta al minimo.

Le apparecchiature elettriche per processi che impiegano ozono devono essere perfettamente isolate e la loro manutenzione deve essere effettuata da personale esperto. Quando si utilizzano ozonizzatori, i condotti e le apparecchiature accessorie devono disporre di dispositivi che spengano immediatamente gli ozonizzatori quando viene rilevata una perdita; in caso di perdita di efficienza nelle funzioni di ventilazione, deumidificazione o refrigerazione; quando si verifica un eccesso di pressione o un vuoto (a seconda del sistema); o quando l'output del sistema è eccessivo o insufficiente.

Quando gli ozonizzatori sono installati, devono essere dotati di rilevatori specifici per l'ozono. Non ci si può fidare dell'olfatto perché può diventare saturo. Le perdite di ozono possono essere rilevate con strisce reattive di ioduro di potassio che diventano blu, ma questo non è un metodo specifico perché il test è positivo per la maggior parte degli ossidanti. È meglio monitorare le perdite su base continuativa utilizzando celle elettrochimiche, fotometria ultravioletta o chemiluminescenza, con il dispositivo di rilevamento prescelto collegato direttamente a un sistema di allarme che interviene quando vengono raggiunte determinate concentrazioni.

 

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Quando gli inquinanti generati in un cantiere devono essere controllati ventilando l'intero locale di cui parliamo ventilazione generale. L'uso della ventilazione generale implica l'accettazione del fatto che l'inquinante si distribuirà in una certa misura attraverso l'intero spazio del cantiere e potrebbe quindi colpire i lavoratori che sono lontani dalla fonte di contaminazione. La ventilazione generale è, quindi, una strategia che è l'opposto di estrazione localizzata. L'estrazione localizzata cerca di eliminare l'inquinante intercettandolo il più vicino possibile alla fonte (vedi “Aria indoor: metodi di controllo e pulizia”, altrove in questo capitolo).

Uno degli obiettivi fondamentali di qualsiasi sistema di ventilazione generale è il controllo degli odori corporei. Ciò può essere ottenuto fornendo non meno di 0.45 metri cubi al minuto, m3/min, di aria nuova per occupante. Quando il fumo è frequente o il lavoro è fisicamente faticoso, il tasso di ventilazione richiesto è maggiore e può superare 0.9 m3/min per persona.

Se gli unici problemi ambientali che il sistema di ventilazione deve superare sono quelli appena descritti, è bene tenere presente che ogni ambiente ha un certo grado di ricambio d'aria “naturale” per mezzo delle cosiddette “infiltrazioni”, che avviene attraverso porte e finestre, anche quando sono chiuse, e attraverso altri siti di penetrazione del muro. I manuali di climatizzazione forniscono solitamente ampie informazioni al riguardo, ma si può affermare che come minimo il livello di ventilazione per infiltrazione sia compreso tra 0.25 e 0.5 rinnovi orari. Un sito industriale sperimenterà comunemente tra 0.5 e 3 rinnovi d'aria all'ora.

Quando utilizzata per controllare gli inquinanti chimici, la ventilazione generale deve essere limitata solo a quelle situazioni in cui le quantità di inquinanti generati non sono molto elevate, dove la loro tossicità è relativamente moderata e dove i lavoratori non svolgono i loro compiti nelle immediate vicinanze della fonte di contaminazione. Se queste ingiunzioni non vengono rispettate, sarà difficile ottenere l'accettazione per un adeguato controllo dell'ambiente di lavoro perché devono essere utilizzati tassi di rinnovo così elevati che le velocità dell'aria elevate probabilmente creeranno disagio, e perché i tassi di rinnovo elevati sono costosi da mantenere. È quindi insolito raccomandare l'uso della ventilazione generale per il controllo delle sostanze chimiche, tranne nel caso di solventi che hanno concentrazioni ammissibili superiori a 100 parti per milione.

Quando, invece, l'obiettivo della ventilazione generale è mantenere le caratteristiche termiche dell'ambiente di lavoro in vista di limiti legalmente accettabili o di raccomandazioni tecniche come le linee guida dell'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO), questo metodo ha meno limitazioni. La ventilazione generale viene quindi utilizzata più spesso per controllare l'ambiente termico che per limitare la contaminazione chimica, ma la sua utilità come complemento delle tecniche di estrazione localizzata dovrebbe essere chiaramente riconosciuta.

Mentre per molti anni le frasi ventilazione generale ed ventilazione per diluizione erano considerati sinonimi, oggi non è più così a causa di una nuova strategia di ventilazione generale: ventilazione per spostamento. Anche se la ventilazione per diluizione e la ventilazione per spostamento rientrano nella definizione di ventilazione generale che abbiamo delineato sopra, entrambe differiscono ampiamente nella strategia che impiegano per controllare la contaminazione.

Ventilazione per diluizione ha lo scopo di miscelare nel modo più completo possibile l'aria immessa meccanicamente con tutta l'aria già presente nell'ambiente, in modo che la concentrazione di un dato inquinante sia il più uniforme possibile in tutto il locale (ovvero che la temperatura sia il più uniforme possibile, se il controllo termico è l'obiettivo desiderato). Per ottenere questa miscela uniforme l'aria viene iniettata dal soffitto sotto forma di flussi ad una velocità relativamente elevata, e questi flussi generano una forte circolazione d'aria. Il risultato è un elevato grado di miscelazione dell'aria nuova con quella già presente all'interno dell'ambiente.

Ventilazione per spostamento, nella sua concettualizzazione ideale, consiste nell'iniettare aria in uno spazio in modo tale che aria nuova sposti quella che vi si trovava prima senza mescolarsi con essa. La ventilazione per dislocamento si ottiene immettendo aria nuova in un ambiente a bassa velocità e vicino al pavimento ed estraendo aria vicino al soffitto. Utilizzare la ventilazione per spostamento per controllare l'ambiente termico ha il vantaggio di beneficiare del movimento naturale dell'aria generato dalle variazioni di densità che sono esse stesse dovute alle differenze di temperatura. Nonostante la ventilazione per spostamento sia già ampiamente utilizzata in ambito industriale, la letteratura scientifica sull'argomento è ancora piuttosto limitata, e la valutazione della sua efficacia è quindi ancora difficile.

Ventilazione per diluizione

La progettazione di un sistema di ventilazione per diluizione si basa sull'ipotesi che la concentrazione dell'inquinante sia la stessa in tutto lo spazio considerato. Questo è il modello che gli ingegneri chimici spesso chiamano serbatoio agitato.

Se si assume che l'aria che viene immessa nell'ambiente sia priva di inquinante e che all'istante iniziale la concentrazione all'interno dell'ambiente sia zero, sarà necessario conoscere due fatti per calcolare il tasso di ventilazione richiesto: la quantità dell'inquinante che si genera nello spazio e del livello di concentrazione ambientale che si cerca (che ipoteticamente sarebbe uguale ovunque).

In queste condizioni, i calcoli corrispondenti producono la seguente equazione:

where

c (t) = la concentrazione del contaminante nello spazio nel tempo t

a = la quantità di inquinante generato (massa per unità di tempo)

Q = la velocità con cui viene fornita aria nuova (volume per unità di tempo)

V = il volume dello spazio in questione.

L'equazione precedente mostra che la concentrazione tenderà a uno stato stazionario al valore a/D, e che lo farà più velocemente quanto più piccolo è il valore di Domande/V, spesso indicato come “il numero di rinnovi per unità di tempo”. Sebbene occasionalmente l'indice di qualità della ventilazione sia considerato praticamente equivalente a tale valore, l'equazione di cui sopra mostra chiaramente che la sua influenza è limitata al controllo della velocità di stabilizzazione delle condizioni ambientali, ma non del livello di concentrazione al quale si verificherà tale stato stazionario. Questo dipenderà esclusivamente sulla quantità di inquinante che viene generato (a), e sulla velocità di ventilazione (Q).

Quando l'aria di un dato spazio è contaminata ma non si generano nuove quantità di inquinante, la velocità di diminuzione della concentrazione nel tempo è data dalla seguente espressione:

where Q ed V hanno il significato sopra descritto, t1 ed t2 sono, rispettivamente, il tempo iniziale e finale e c1 ed c2 sono le concentrazioni iniziale e finale.

Si possono trovare espressioni per i calcoli nei casi in cui la concentrazione iniziale non è nulla (Constance 1983; ACGIH 1992), dove l'aria immessa nell'ambiente non è totalmente priva dell'inquinante (perché per ridurre i costi di riscaldamento nella parte invernale dell'aria viene riciclato, per esempio), o dove le quantità di inquinante generato variano in funzione del tempo.

Se ignoriamo la fase di transizione e assumiamo che sia stato raggiunto lo stato stazionario, l'equazione indica che la velocità di ventilazione è equivalente a corrente alternatalim, Dove clim è il valore della concentrazione che deve essere mantenuta nello spazio dato. Questo valore sarà stabilito da regolamenti o, come norma accessoria, da raccomandazioni tecniche come i valori limite di soglia (TLV) della Conferenza americana degli igienisti industriali governativi (ACGIH), che raccomanda di calcolare il tasso di ventilazione con la formula

where a ed clim hanno il significato già descritto e K è un fattore di sicurezza. Un valore di K va scelto un valore compreso tra 1 e 10 in funzione dell'efficacia della miscela aria nello spazio dato, della tossicità del solvente (minore clim è, maggiore è il valore di K sarà), e di ogni altra circostanza ritenuta rilevante dall'igienista industriale. L'ACGIH, tra l'altro, cita la durata del processo, il ciclo delle operazioni e l'ubicazione abituale dei lavoratori rispetto alle fonti di emissione dell'inquinante, il numero di queste fonti e la loro ubicazione nello spazio dato, la stagionalità cambiamenti nella quantità di ventilazione naturale e la prevista riduzione dell'efficacia funzionale delle apparecchiature di ventilazione come altri criteri determinanti.

In ogni caso, l'utilizzo della suddetta formula richiede una conoscenza ragionevolmente esatta dei valori di a ed K che dovrebbe essere utilizzato, e quindi forniamo alcuni suggerimenti al riguardo.

La quantità di inquinante generato può essere abbastanza frequentemente stimata dalla quantità di determinati materiali consumati nel processo che genera l'inquinante. Quindi, nel caso di un solvente, la quantità utilizzata sarà una buona indicazione della quantità massima che si può trovare nell'ambiente.

Come indicato sopra, il valore di K dovrebbe essere determinato in funzione dell'efficacia della miscela d'aria nello spazio dato. Questo valore sarà, quindi, minore in proporzione diretta a quanto è buona la stima di trovare la stessa concentrazione dell'inquinante in qualsiasi punto all'interno dello spazio dato. Questo, a sua volta, dipenderà da come l'aria è distribuita all'interno dello spazio ventilato.

Secondo questi criteri, i valori minimi di K dovrebbe essere utilizzato quando l'aria viene iniettata nello spazio in modo distribuito (usando un plenum, per esempio), e quando l'immissione e l'estrazione dell'aria sono alle estremità opposte dello spazio dato. D'altra parte, valori più alti per K dovrebbe essere utilizzato quando l'aria viene fornita in modo intermittente e l'aria viene estratta in punti vicini all'ingresso di aria nuova (figura 1).

Figura 1. Schema della circolazione dell'aria in una stanza con due aperture di alimentazione

IEN030F1

Va notato che quando l'aria viene iniettata in un dato spazio, specialmente se avviene ad alta velocità, il flusso d'aria creato eserciterà una notevole attrazione sull'aria che lo circonda. Quest'aria poi si mescola con il flusso e lo rallenta, creando anche una turbolenza misurabile. Di conseguenza, questo processo si traduce in un'intensa miscelazione dell'aria già presente nell'ambiente con l'aria nuova che viene immessa, generando correnti d'aria interne. Prevedere queste correnti, anche in generale, richiede una grande dose di esperienza (figura 2).

Figura 2. Fattori K suggeriti per le posizioni di ingresso e scarico

IEN030F2

Per evitare i problemi derivanti dall'esposizione dei lavoratori a flussi d'aria a velocità relativamente elevate, l'immissione dell'aria avviene comunemente mediante griglie diffusori progettate in modo tale da favorire la rapida miscelazione dell'aria nuova con quella già presente nelle lo spazio. In questo modo, le aree in cui l'aria si muove ad alta velocità vengono mantenute le più piccole possibili.

L'effetto flusso appena descritto non si produce in prossimità di punti in cui l'aria fuoriesce o viene estratta attraverso porte, finestre, bocchette di estrazione o altre aperture. L'aria raggiunge le griglie di aspirazione da tutte le direzioni, quindi anche a una distanza relativamente breve da esse, il movimento dell'aria non è facilmente percepito come una corrente d'aria.

In ogni caso, nell'affrontare la distribuzione dell'aria, è importante tenere presente la convenienza di posizionare i posti di lavoro, per quanto possibile, in modo che l'aria nuova raggiunga i lavoratori prima che raggiunga le fonti di contaminazione.

Quando nello spazio sono presenti importanti fonti di calore, il movimento dell'aria sarà in gran parte condizionato dalle correnti di convezione che sono dovute alle differenze di densità tra aria più densa e fredda e aria più leggera e calda. In ambienti di questo tipo, il progettista della distribuzione dell'aria non deve mancare di tenere presente l'esistenza di queste fonti di calore, altrimenti il ​​movimento dell'aria potrebbe risultare molto diverso da quello previsto.

La presenza di contaminazione chimica, invece, non altera in modo misurabile la densità dell'aria. Mentre allo stato puro gli inquinanti possono avere una densità molto diversa da quella dell'aria (solitamente molto maggiore), date le reali concentrazioni esistenti negli ambienti di lavoro, il mix di aria e inquinante non ha una densità significativamente diversa da quella densità dell'aria pura.

Va inoltre sottolineato che uno degli errori più comuni commessi nell'applicazione di questo tipo di ventilazione è quello di alimentare l'ambiente solo con estrattori d'aria, senza alcuna accortezza per adeguate prese d'aria. In questi casi, l'efficacia dei ventilatori di estrazione è ridotta e, pertanto, i tassi effettivi di estrazione dell'aria sono molto inferiori a quelli pianificati. Il risultato sono concentrazioni ambientali maggiori dell'inquinante nello spazio dato rispetto a quelle inizialmente calcolate.

Per evitare questo problema si dovrebbe pensare a come l'aria verrà introdotta nell'ambiente. La linea di condotta raccomandata è quella di utilizzare ventilatori di immissione e ventilatori di estrazione. Normalmente, il tasso di estrazione dovrebbe essere maggiore del tasso di immissione per consentire l'infiltrazione attraverso finestre e altre aperture. Inoltre, è consigliabile mantenere lo spazio in leggera pressione negativa per evitare che la contaminazione generata si diffonda in aree non contaminate.

Ventilazione per spostamento

Come accennato in precedenza, con la ventilazione per dislocamento si cerca di minimizzare la miscelazione di aria nuova e aria precedentemente presente nello spazio dato, e si cerca di adeguare il sistema al modello noto come flusso a pistone. Ciò si ottiene solitamente introducendo aria a bassa velocità ea bassa quota nello spazio dato ed estraendola vicino al soffitto; questo ha due vantaggi rispetto alla ventilazione per diluizione.

In primo luogo, rende possibili tassi di rinnovo dell'aria più bassi, perché l'inquinamento si concentra vicino al soffitto dello spazio, dove non ci sono lavoratori per respirarlo. Il media concentrazione nello spazio dato sarà quindi superiore al clim valore cui abbiamo fatto riferimento prima, ma che non implica un rischio maggiore per i lavoratori perché nella zona occupata dello spazio dato la concentrazione dell'inquinante sarà uguale o inferiore a un clim.

Inoltre, quando l'obiettivo della ventilazione è il controllo dell'ambiente termico, la ventilazione per dislocamento consente di introdurre nello spazio dato aria più calda di quanto sarebbe richiesto da un sistema di ventilazione per diluizione. Questo perché l'aria calda che viene estratta è ad una temperatura di diversi gradi superiore alla temperatura nella zona occupata del locale.

I principi fondamentali della ventilazione per spostamento sono stati sviluppati da Sandberg, che nei primi anni '1980 ha sviluppato una teoria generale per l'analisi di situazioni in cui vi erano concentrazioni disuniformi di inquinanti in ambienti chiusi. Questo ha permesso di superare i limiti teorici della ventilazione per diluizione (che presuppone una concentrazione uniforme in tutto lo spazio dato) e ha aperto la strada alle applicazioni pratiche (Sandberg 1981).

Anche se la ventilazione per spostamento è ampiamente utilizzata in alcuni paesi, in particolare in Scandinavia, sono stati pubblicati pochissimi studi in cui l'efficacia dei diversi metodi viene confrontata in installazioni reali. Ciò è senza dubbio dovuto alle difficoltà pratiche di installare due diversi sistemi di ventilazione in una fabbrica reale e perché l'analisi sperimentale di questi tipi di sistemi richiede l'uso di traccianti. La tracciatura viene eseguita aggiungendo un gas tracciante alla corrente di ventilazione dell'aria e quindi misurando le concentrazioni del gas in diversi punti all'interno dello spazio e nell'aria estratta. Questo tipo di esame permette di dedurre come l'aria è distribuita all'interno dell'ambiente e quindi confrontare l'efficacia di diversi sistemi di ventilazione.

I pochi studi disponibili che sono stati effettuati su impianti effettivamente esistenti non sono conclusivi, se non per quanto riguarda il fatto che i sistemi che utilizzano la ventilazione per spostamento forniscono un migliore ricambio d'aria. In questi studi, tuttavia, sono spesso espresse riserve sui risultati in quanto non confermati da misurazioni del livello di contaminazione ambientale nei cantieri.

 

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Mercoledì, Febbraio 16 2011 00: 58

Criteri di ventilazione per edifici non industriali

Una delle principali funzioni di un edificio in cui si svolgono attività non industriali (uffici, scuole, abitazioni, ecc.) è quella di fornire agli occupanti un ambiente salubre e confortevole in cui lavorare. La qualità di questo ambiente dipende, in larga misura, dal fatto che i sistemi di ventilazione e climatizzazione dell'edificio siano adeguatamente progettati e mantenuti e funzionino correttamente.

Questi sistemi devono quindi fornire condizioni termiche accettabili (temperatura e umidità) e una qualità dell'aria interna accettabile. In altre parole, devono mirare a un'adeguata miscelazione di aria esterna con aria interna e devono adottare sistemi di filtrazione e pulizia in grado di eliminare gli inquinanti presenti nell'ambiente interno.

L'idea che l'aria esterna pulita sia necessaria per il benessere negli spazi interni è stata espressa fin dal XVIII secolo. Benjamin Franklin ha riconosciuto che l'aria in una stanza è più salubre se è dotata di ventilazione naturale aprendo le finestre. L'idea che fornire grandi quantità di aria esterna potesse aiutare a ridurre il rischio di contagio di malattie come la tubercolosi si fece strada nell'Ottocento.

Studi condotti negli anni '1930 hanno dimostrato che, per diluire gli effluvi biologici umani a concentrazioni tali da non causare fastidi dovuti agli odori, il volume di aria esterna nuova necessaria per un locale è compreso tra 17 e 30 metri cubi all'ora per occupante.

Nello standard n. 62 stabilito nel 1973, l'American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE) raccomanda un flusso minimo di 34 metri cubi di aria esterna all'ora per occupante per controllare gli odori. Un minimo assoluto di 8.5 m3/ora/occupante è consigliato per evitare che l'anidride carbonica superi i 2,500 ppm, che è la metà del limite di esposizione stabilito per gli ambienti industriali.

Questa stessa organizzazione, nella norma n. 90, fissata nel 1975 - in piena crisi energetica - adottò il suddetto minimo assoluto prescindendo, temporaneamente, dalla necessità di maggiori flussi di ventilazione per diluire inquinanti come fumo di tabacco, effluvi biologici e così via via.

Nella sua norma n. 62 (1981) ASHRAE ha rettificato questa omissione e ha stabilito la sua raccomandazione come 34 m3/ora/occupante per le aree in cui è consentito fumare e 8.5 m3/h/occupante in aree dove è vietato fumare.

L'ultimo standard pubblicato da ASHRAE, anche il n. 62 (1989), stabiliva un minimo di 25.5 m3/ora/occupante per gli spazi interni occupati indipendentemente dal fatto che sia consentito o meno fumare. Si consiglia inoltre di aumentare tale valore quando l'aria immessa nell'edificio non è adeguatamente miscelata nella zona di respirazione o se sono presenti insolite fonti di inquinamento nell'edificio.

Nel 1992 la Commissione delle Comunità Europee ha pubblicato il suo Linee guida per i requisiti di ventilazione negli edifici. Contrariamente alle raccomandazioni esistenti per gli standard di ventilazione, questa guida non specifica i volumi di flusso di ventilazione che dovrebbero essere forniti per un dato spazio; fornisce invece raccomandazioni calcolate in funzione della qualità desiderata dell'aria interna.

Gli standard di ventilazione esistenti prescrivono volumi fissi di flusso di ventilazione che dovrebbero essere forniti per occupante. Le tendenze evidenziate nelle nuove linee guida mostrano che i calcoli dei volumi da soli non garantiscono una buona qualità dell'aria interna per ogni ambiente. Questo è il caso per tre motivi fondamentali.

In primo luogo, presumono che gli occupanti siano le uniche fonti di contaminazione. Recenti studi dimostrano che altre fonti di inquinamento, oltre agli occupanti, dovrebbero essere prese in considerazione come possibili fonti di inquinamento. Gli esempi includono mobili, tappezzeria e il sistema di ventilazione stesso. La seconda ragione è che queste norme raccomandano la stessa quantità di aria esterna indipendentemente dalla qualità dell'aria che viene convogliata nell'edificio. E la terza ragione è che non definiscono chiaramente la qualità dell'aria interna richiesta per lo spazio dato. Pertanto, si propone che i futuri standard di ventilazione si basino sulle seguenti tre premesse: la selezione di una categoria definita di qualità dell'aria per lo spazio da ventilare, il carico totale di inquinanti nello spazio occupato e la qualità dell'aria esterna disponibile .

La qualità percepita dell'aria

La qualità dell'aria interna può essere definita come il grado in cui vengono soddisfatte le richieste e le esigenze dell'essere umano. Fondamentalmente, gli occupanti di uno spazio esigono due cose dall'aria che respirano: percepire l'aria che respirano come fresca e non viziata, viziata o irritante; e sapere che gli effetti negativi sulla salute che possono derivare dalla respirazione di quell'aria sono trascurabili.

È comune pensare che il grado di qualità dell'aria in uno spazio dipenda più dalle componenti di quell'aria che dall'impatto di quell'aria sugli occupanti. Può quindi sembrare facile valutare la qualità dell'aria, supponendo che conoscendone la composizione se ne possa accertare la qualità. Questo metodo di valutazione della qualità dell'aria funziona bene in ambienti industriali, dove troviamo composti chimici implicati o derivati ​​dal processo di produzione e dove esistono dispositivi di misurazione e criteri di riferimento per valutare le concentrazioni. Questo metodo, tuttavia, non funziona in contesti non industriali. Gli ambienti non industriali sono luoghi in cui si possono trovare migliaia di sostanze chimiche, ma a concentrazioni molto basse, a volte mille volte inferiori ai limiti di esposizione consigliati; la valutazione di queste sostanze una per una risulterebbe in una falsa valutazione della qualità di quell'aria e l'aria verrebbe probabilmente giudicata di alta qualità. Ma c'è un aspetto mancante che resta da considerare, e cioè la mancanza di conoscenza che esiste sull'effetto combinato di quelle migliaia di sostanze sugli esseri umani, e questo potrebbe essere il motivo per cui quell'aria è percepita come viziata, viziata o irritante.

La conclusione a cui si è giunti è che i metodi tradizionali utilizzati per l'igiene industriale non sono adatti a definire il grado di qualità che sarà percepito dagli esseri umani che respireranno l'aria oggetto di valutazione. L'alternativa all'analisi chimica è usare le persone come strumenti di misura per quantificare l'inquinamento atmosferico, impiegando collegi di giudici per fare le valutazioni.

L'essere umano percepisce la qualità dell'aria attraverso due sensi: l'olfatto, situato nella cavità nasale e sensibile a centinaia di migliaia di sostanze odorose, e il chimico, situato nelle mucose del naso e degli occhi, e sensibile a un numero simile di sostanze irritanti presenti nell'aria. È la risposta combinata di questi due sensi che determina come viene percepita l'aria e che permette al soggetto di giudicare se la sua qualità è accettabile.

L'unità olf

Uno oLF (dal latino = olfattivo) è il tasso di emissione di inquinanti atmosferici (bioeffluenti) da parte di una persona standard. Una persona standard è un adulto medio che lavora in un ufficio o in un posto di lavoro non industriale simile, sedentario e in comfort termico con un'attrezzatura igienica standard a 0.7 bagni/giorno. L'inquinamento da parte di un essere umano è stato scelto per definire il termine oLF per due ragioni: la prima è che gli effluvi biologici emessi da una persona sono ben noti, la seconda è che c'erano molti dati sull'insoddisfazione causata da tali effluvi biologici.

Qualsiasi altra fonte di contaminazione può essere espressa come il numero di persone standard (olf) necessarie per causare la stessa quantità di insoddisfazione della fonte di contaminazione che si sta valutando.

La Figura 1 mostra una curva che definisce un olf. Questa curva mostra come la contaminazione prodotta da una persona standard (1 olf) viene percepita a diverse velocità di ventilazione, e permette di calcolare il tasso di individui insoddisfatti, cioè quelli che percepiranno la qualità dell'aria come inaccettabile subito dopo sono entrati nella stanza. La curva si basa su diversi studi europei in cui 168 persone hanno giudicato standard la qualità dell'aria inquinata da oltre mille persone, uomini e donne. Studi simili condotti in Nord America e Giappone mostrano un alto grado di correlazione con i dati europei.

Figura 1. Curva di definizione dell'olf

IEN040F1

L'unità decipol

La concentrazione dell'inquinamento nell'aria dipende dalla fonte di contaminazione e dalla sua diluizione per effetto della ventilazione. L'inquinamento atmosferico percepito è definito come la concentrazione di effluvi biologici umani che provocherebbe lo stesso disagio o insoddisfazione della concentrazione di aria inquinata che si sta valutando. Uno decipol (dal latino pollutio) è la contaminazione causata da una persona standard (1 olf) quando il tasso di ventilazione è di 10 litri al secondo di aria non contaminata, così che possiamo scrivere

1 decipol = 0.1 olf/(litro/secondo)

La figura 2, derivata dagli stessi dati della figura precedente, mostra la relazione tra la qualità dell'aria percepita, espressa in percentuale di individui insoddisfatti e in decipol.

Figura 2. Relazione tra la qualità dell'aria percepita espressa in percentuale di individui insoddisfatti e in decipol

IEN040F2

Per determinare il tasso di ventilazione richiesto dal punto di vista del comfort, è essenziale selezionare il grado di qualità dell'aria desiderato nello spazio dato. Nella tabella 1 sono proposte tre categorie o livelli di qualità, derivati ​​dalle figure 1 e 2. Ogni livello corrisponde a una certa percentuale di persone insoddisfatte. La scelta dell'uno o dell'altro livello dipenderà, soprattutto, dalla destinazione d'uso dello spazio e da considerazioni economiche.

Tabella 1. Livelli di qualità dell'aria indoor

Qualità dell'aria percepita

Categoria
(livello di qualità)

Percentuale di insoddisfatti
individui

Decipoli

Velocità di ventilazione richiesta1
litri/secondo × olf

A

10

0.6

16

B

20

1.4

7

C

30

2.5

4

1 Supponendo che l'aria esterna sia pulita e l'efficienza del sistema di ventilazione sia pari a uno.

Fonte: CEC 1992.

 

Come detto in precedenza, i dati sono frutto di sperimentazioni effettuate con collegi giudicanti, ma è importante tenere presente che alcune delle sostanze presenti nell'aria che possono essere pericolose (composti cancerogeni, microrganismi e sostanze radioattive, per esempio) non sono riconosciuti dai sensi e che gli effetti sensoriali di altri contaminanti non hanno alcuna relazione quantitativa con la loro tossicità.

Fonti di contaminazione

Come indicato in precedenza, uno dei difetti degli standard di ventilazione odierni è che prendono in considerazione solo gli occupanti come fonti di contaminazione, mentre è riconosciuto che gli standard futuri dovrebbero tenere conto di tutte le possibili fonti di inquinamento. A parte gli occupanti e le loro attività, compresa la possibilità che possano fumare, ci sono altre fonti di inquinamento che contribuiscono in modo significativo all'inquinamento atmosferico. Gli esempi includono mobili, tappezzeria e moquette, materiali da costruzione, prodotti utilizzati per la decorazione, prodotti per la pulizia e il sistema di ventilazione stesso.

Ciò che determina il carico di inquinamento dell'aria in un dato spazio è la combinazione di tutte queste fonti di contaminazione. Questo carico può essere espresso come contaminazione chimica o come contaminazione sensoriale espressa in olf. Quest'ultimo integra l'effetto di diverse sostanze chimiche così come sono percepite dagli esseri umani.

Il carico chimico

La contaminazione emanata da un determinato materiale può essere espressa come tasso di emissione di ciascuna sostanza chimica. Il carico totale di inquinamento chimico è calcolato sommando tutte le sorgenti, ed è espresso in microgrammi al secondo (μg/s).

In realtà, può essere difficile calcolare il carico di inquinamento perché spesso sono disponibili pochi dati sui tassi di emissione per molti materiali di uso comune.

Carico sensoriale

Il carico di inquinamento percepito dai sensi è causato da quelle fonti di contaminazione che hanno un impatto sulla qualità percepita dell'aria. Il valore dato di questo carico sensoriale può essere calcolato sommando tutti gli olf di diverse fonti di contaminazione che esistono in un dato spazio. Come nel caso precedente, non sono ancora disponibili molte informazioni sulle OL per metro quadro (OLF/m2) di molti materiali. Per questo motivo risulta più pratico stimare il carico sensoriale dell'intero edificio, inclusi gli occupanti, gli arredi e il sistema di ventilazione.

La Tabella 2 mostra il carico inquinante in olf degli occupanti dell'edificio mentre svolgono diversi tipi di attività, in proporzione tra chi fuma e chi non fuma, e la produzione di vari composti come l'anidride carbonica (CO2), monossido di carbonio (CO) e vapore acqueo. La tabella 3 mostra alcuni esempi dei tassi di occupazione tipici in diversi tipi di spazi. E ultimo, tin grado 4 riflette i risultati del carico sensoriale, misurato in olf per metro quadrato, riscontrato in diversi edifici.

Tabella 2. Contaminazione dovuta agli occupanti di un edificio

 

Carico sensoriale olf/occupante

CO2  
(l/(ora × occupante))

CO3   
(l/(ora × occupante))

Vapore acqueo4
(g/(h × occupante))

Sedentario, 1-1.2 met1

0% fumatori

2

19

 

50

20% fumatori2

2

19

11x10-3

50

40% fumatori2

3

19

21x10-3

50

100% fumatori2

6

19

53x10-3

50

Sforzo fisico

Basso, 3 met

4

50

 

200

Medio, 6 met

10

100

 

430

Alto (atletico),
10 anni

20

170

 

750

Bambini

Centro per l'infanzia
(3-6 anni),
2.7 anni

1.2

18

 

90

di moto
(14-16 anni),
1.2 anni

1.3

19

 

50

1 1 met è il tasso metabolico di una persona sedentaria a riposo (1 met = 58 W/m2 della superficie cutanea).
2 Consumo medio di 1.2 sigarette/ora per fumatore. Tasso medio di emissione, 44 ml di CO per sigaretta.
3 Dal fumo di tabacco.
4 Applicabile a persone vicine alla neutralità termica.

Fonte: CEC 1992.

 

Tabella 3. Esempi del grado di occupazione di diversi edifici

Costruzione

Occupanti/m2

Uffici

0.07

Sale conferenze

0.5

Teatri, altri grandi luoghi di ritrovo

1.5

Scuole (aule)

0.5

Centri per l'infanzia

0.5

Abitazioni

0.05

Fonte: CEC 1992.

 

Tabella 4. Contaminazione dovuta all'edificio

 

Carico sensoriale—olf/m2

 

Media

Intervallo

Uffici1

0.3

0.02-0.95

Scuole (aule)2

0.3

0.12-0.54

Strutture per l'infanzia3

0.4

0.20-0.74

Teatri4

0.5

0.13-1.32

Edifici a basso inquinamento5

 

0.05-0.1

1 Dati ottenuti in 24 uffici ventilati meccanicamente.
2 Dati ottenuti in 6 scuole ventilate meccanicamente.
3 Dati ottenuti in 9 asili nido ventilati meccanicamente.
4 Dati ottenuti in 5 sale ventilate meccanicamente.
5 Obiettivo che dovrebbe essere raggiunto dalle nuove costruzioni.

Fonte: CEC 1992.

 

Qualità dell'aria esterna

Un'altra premessa, che completa gli input necessari per la creazione di standard di ventilazione per il futuro, è la qualità dell'aria esterna disponibile. I valori di esposizione raccomandati per determinate sostanze, sia all'interno che all'esterno, sono riportati nella pubblicazione Linee guida sulla qualità dell'aria per l'Europa dall'OMS (1987).

La tabella 5 mostra i livelli di qualità dell'aria esterna percepita, nonché le concentrazioni di alcuni inquinanti chimici tipici rilevati all'aperto.

Tabella 5. Livelli di qualità dell'aria esterna

 

Percepito
qualità dell'aria
1

Inquinanti ambientali2

 

Decipol

CO2 (mg / m3)

CO (mg/m3)

NO2 (mg / m3)

SO2 (mg / m3)

Al mare, in montagna

0

680

0-0.2

2

1

Città, alta qualità

0.1

700

1-2

5-20

5-20

Città, bassa qualità

> 0.5

700-800

4-6

50-80

50-100

1 I valori della qualità dell'aria percepita sono valori medi giornalieri.
2 I valori degli inquinanti corrispondono a concentrazioni medie annue.

Fonte: CEC 1992.

 

Va tenuto presente che in molti casi la qualità dell'aria esterna può essere peggiore dei livelli indicati nella tabella o nelle linee guida dell'OMS. In questi casi l'aria deve essere depurata prima di essere convogliata negli spazi occupati.

Efficienza dei sistemi di ventilazione

Un altro fattore importante che influenzerà il calcolo dei requisiti di ventilazione per un dato spazio è l'efficienza della ventilazione (Ev), che è definito come il rapporto tra la concentrazione di inquinanti nell'aria estratta (Ce) e la concentrazione nella zona di respirazione (Cb).

Ev = Ce/Cb

L'efficienza della ventilazione dipende dalla distribuzione dell'aria e dall'ubicazione delle fonti di inquinamento nello spazio dato. Se l'aria ei contaminanti sono completamente miscelati, l'efficienza della ventilazione è pari a uno; se la qualità dell'aria nella zona di respirazione è migliore di quella dell'aria estratta, allora l'efficienza è maggiore di uno e la qualità dell'aria desiderata può essere raggiunta con velocità di ventilazione inferiori. Saranno invece necessarie velocità di ventilazione maggiori se l'efficienza della ventilazione è inferiore a uno o, in altre parole, se la qualità dell'aria nella zona di respirazione è inferiore alla qualità dell'aria estratta.

Nel calcolo dell'efficienza della ventilazione è utile suddividere gli ambienti in due zone, una in cui viene immessa l'aria, l'altra comprendente il resto del locale. Per i sistemi di ventilazione che funzionano secondo il principio della miscelazione, la zona di erogazione dell'aria si trova generalmente al di sopra della zona di respirazione e le condizioni migliori si raggiungono quando la miscelazione è così profonda che le due zone diventano una sola. Per i sistemi di ventilazione che funzionano secondo il principio del dislocamento, l'aria viene fornita nella zona occupata dalle persone e la zona di estrazione si trova solitamente sopra la testa; qui le migliori condizioni si raggiungono quando la miscelazione tra le due zone è minima.

L'efficienza della ventilazione, quindi, è funzione dell'ubicazione e delle caratteristiche degli elementi che forniscono ed estraggono l'aria e dell'ubicazione e delle caratteristiche delle fonti di contaminazione. Inoltre è anche funzione della temperatura e dei volumi di aria immessi. È possibile calcolare l'efficienza di un sistema di ventilazione mediante simulazione numerica o effettuando misurazioni. Quando i dati non sono disponibili, i valori in figura 3 possono essere utilizzati per diversi sistemi di ventilazione. Questi valori di riferimento prendono in considerazione l'impatto della distribuzione dell'aria ma non l'ubicazione delle fonti di inquinamento, assumendo invece che siano distribuite uniformemente in tutto lo spazio ventilato.

Figura 3. Efficacia della ventilazione nella zona di respirazione secondo diversi principi di ventilazione

IEN040F3

Calcolo dei requisiti di ventilazione

La figura 4 mostra le equazioni utilizzate per calcolare i requisiti di ventilazione sia dal punto di vista del comfort che della tutela della salute.

Figura 4. Equazioni per il calcolo dei requisiti di ventilazione

IEN040F4

Requisiti di ventilazione per il comfort

Il primo passo nel calcolo dei requisiti di comfort è decidere il livello di qualità dell'aria interna che si desidera ottenere per lo spazio ventilato (vedi Tabella 1), e stimare la qualità dell'aria esterna disponibile (vedi Tabella 5).

Il passo successivo consiste nella stima del carico sensoriale, utilizzando le tabelle 8, 9 e 10 per selezionare i carichi in base agli occupanti e alle loro attività, al tipo di edificio e al livello di occupazione per metro quadrato di superficie. Il valore totale si ottiene sommando tutti i dati.

A seconda del principio di funzionamento del sistema di ventilazione e utilizzando la Figura 9, è possibile stimare l'efficienza della ventilazione. L'applicazione dell'equazione (1) nella Figura 9 produrrà un valore per la quantità di ventilazione richiesta.

Requisiti di ventilazione per la protezione della salute

Una procedura simile a quella descritta sopra, ma utilizzando l'equazione (2) nella Figura 3, fornirà un valore per il flusso di ventilazione necessario per prevenire problemi di salute. Per calcolare questo valore è necessario identificare una sostanza o un gruppo di sostanze chimiche critiche che si propone di controllare e stimare le loro concentrazioni in aria; è inoltre necessario prevedere diversi criteri di valutazione, tenendo conto degli effetti del contaminante e della sensibilità degli occupanti che si vogliono proteggere, ad esempio bambini o anziani.

Purtroppo, è ancora difficile stimare il fabbisogno di ventilazione per la protezione della salute a causa della mancanza di informazioni su alcune delle variabili che entrano nei calcoli, come i tassi di emissione dei contaminanti (G), i criteri di valutazione degli spazi interni (Cv) e altri.

Studi effettuati sul campo dimostrano che negli ambienti dove è richiesta la ventilazione per ottenere condizioni di comfort la concentrazione di sostanze chimiche è bassa. Tuttavia, questi spazi possono contenere fonti di inquinamento pericolose. La migliore politica in questi casi è eliminare, sostituire o controllare le fonti di inquinamento invece di diluire i contaminanti mediante ventilazione generale.

 

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Mercoledì, Febbraio 16 2011 01: 06

Impianti di Riscaldamento e Condizionamento

Per quanto riguarda il riscaldamento, le esigenze di una determinata persona dipenderanno da molti fattori. Possono essere classificati in due gruppi principali, quelli legati all'ambiente circostante e quelli legati ai fattori umani. Tra quelli relativi all'ambiente si possono annoverare la geografia (latitudine e altitudine), il clima, il tipo di esposizione dello spazio in cui si trova la persona, o le barriere che proteggono lo spazio dall'ambiente esterno, ecc. Tra i fattori umani ci sono il il consumo energetico del lavoratore, il ritmo di lavoro o la quantità di sforzo necessario per il lavoro, l'abbigliamento o gli indumenti utilizzati contro il freddo e le preferenze o i gusti personali.

La necessità di riscaldamento è stagionale in molte regioni, ma ciò non significa che il riscaldamento sia superfluo durante la stagione fredda. Le condizioni ambientali fredde influenzano la salute, l'efficienza mentale e fisica, la precisione e occasionalmente possono aumentare il rischio di incidenti. L'obiettivo di un sistema di riscaldamento è mantenere condizioni termiche piacevoli che prevengano o riducano al minimo gli effetti negativi sulla salute.

Le caratteristiche fisiologiche del corpo umano gli consentono di resistere a grandi variazioni delle condizioni termiche. Gli esseri umani mantengono il loro equilibrio termico attraverso l'ipotalamo, per mezzo di recettori termici nella pelle; la temperatura corporea è mantenuta tra 36 e 38°C come mostrato in figura 1.

Figura 1. Meccanismi di termoregolazione nell'uomo

IEN050F1

Gli impianti di riscaldamento devono avere meccanismi di controllo molto precisi, soprattutto nei casi in cui i lavoratori svolgono le loro mansioni in posizione seduta o fissa che non stimoli la circolazione sanguigna alle estremità. Laddove il lavoro svolto consente una certa mobilità, il controllo del sistema può essere un po' meno preciso. Infine, laddove il lavoro svolto avvenga in condizioni anormalmente avverse, come in celle frigorifere o in condizioni climatiche molto rigide, possono essere intraprese misure di supporto per proteggere tessuti speciali, per regolare il tempo trascorso in tali condizioni o per fornire calore mediante sistemi elettrici incorporati nelle vesti del lavoratore.

Definizione e descrizione dell'ambiente termico

Un requisito che si può esigere da qualsiasi impianto di riscaldamento o condizionamento correttamente funzionante è che esso permetta il controllo delle variabili che definiscono l'ambiente termico, entro determinati limiti, per ogni stagione dell'anno. Queste variabili sono

    1. temperatura dell'aria
    2. temperatura media delle superfici interne che definiscono lo spazio
    3. umidità dell'aria
    4. velocità e uniformità delle velocità del flusso d'aria all'interno dello spazio

           

          È stato dimostrato che esiste una relazione molto semplice tra la temperatura dell'aria e delle superfici murarie di un dato ambiente e le temperature che forniscono la stessa sensazione termica percepita in un ambiente diverso. Questa relazione può essere espressa come

          where

          Tmangiare = temperatura dell'aria equivalente per una data sensazione termica

          TDBT = temperatura dell'aria misurata con termometro a bulbo secco

          Tramo = temperatura superficiale media misurata delle pareti.

          Ad esempio, se in un dato ambiente l'aria e le pareti sono a 20°C, la temperatura equivalente sarà di 20°C, e la sensazione di calore percepita sarà la stessa di una stanza dove la temperatura media delle pareti è 15°C e la temperatura dell'aria è 25°C, perché quella stanza avrebbe la stessa temperatura equivalente. Dal punto di vista della temperatura, la sensazione percepita di comfort termico sarebbe la stessa.

          Proprietà dell'aria umida

          Nella realizzazione di un piano di climatizzazione, tre cose che devono essere prese in considerazione sono lo stato termodinamico dell'aria nell'ambiente dato, dell'aria esterna e dell'aria che verrà immessa nell'ambiente. La scelta di un sistema in grado di trasformare le proprietà termodinamiche dell'aria immessa nell'ambiente sarà poi basata sui carichi termici esistenti di ciascun componente. Abbiamo quindi bisogno di conoscere le proprietà termodinamiche dell'aria umida. Sono i seguenti:

          TDBT = la lettura della temperatura a bulbo secco, misurata con un termometro isolato dal calore irradiato

          TDPT = la lettura della temperatura del punto di rugiada. Questa è la temperatura alla quale l'aria secca non satura raggiunge il punto di saturazione

          W = un rapporto di umidità che va da zero per l'aria secca a Ws per aria satura. Si esprime in kg di vapore acqueo per kg di aria secca

          RH = umidità relativa

          t* = temperatura termodinamica a bulbo umido

          v = volume specifico di aria e vapore acqueo (espresso in unità di m3/kg). È l'inverso della densità

          H = entalpia, kcal/kg di aria secca e vapore acqueo associato.

          Delle suddette variabili, solo tre sono direttamente misurabili. Sono la lettura della temperatura a bulbo secco, la lettura della temperatura del punto di rugiada e l'umidità relativa. Esiste una quarta variabile misurabile sperimentalmente, definita come la temperatura di bulbo umido. La temperatura del bulbo umido viene misurata con un termometro il cui bulbo è stato inumidito e che viene mosso, tipicamente con l'ausilio di un'imbracatura, attraverso aria umida non satura a velocità moderata. Questa variabile differisce di una quantità insignificante dalla temperatura termodinamica a bulbo secco (3 per cento), quindi entrambe possono essere utilizzate per i calcoli senza sbagliare troppo.

          Diagramma psicrometrico

          Le proprietà definite nella sezione precedente sono funzionalmente correlate e possono essere rappresentate in forma grafica. Questa rappresentazione grafica è chiamata diagramma psicrometrico. È un grafico semplificato derivato dalle tabelle dell'American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE). L'entalpia e il grado di umidità sono riportati sulle coordinate del diagramma; le linee tracciate mostrano temperature secche e umide, umidità relativa e volume specifico. Con il diagramma psicrometrico, conoscendo due qualsiasi delle suddette variabili è possibile ricavare tutte le proprietà dell'aria umida.

          Condizioni per il comfort termico

          Il comfort termico è definito come uno stato d'animo che esprime soddisfazione per l'ambiente termico. È influenzato da fattori fisici e fisiologici.

          È difficile prescrivere condizioni generali che dovrebbero essere soddisfatte per il comfort termico perché le condizioni differiscono nelle varie situazioni di lavoro; condizioni diverse potrebbero anche essere richieste per lo stesso posto di lavoro quando è occupato da persone diverse. Una norma tecnica per le condizioni termiche necessarie per il comfort non può essere applicata a tutti i paesi a causa delle diverse condizioni climatiche e delle loro diverse usanze che regolano l'abbigliamento.

          Sono stati effettuati studi con lavoratori che svolgono lavori manuali leggeri, stabilendo una serie di criteri di temperatura, velocità e umidità che sono riportati nella tabella 1 (Bedford e Chrenko 1974).

          Tabella 1. Norme proposte per i fattori ambientali

          Fattore ambientale

          Norma proposta

          Temperatura dell'aria

          21 ° C

          Temperatura media radiante

          ≥ 21°C

          Umidità relativa

          30-70%

          Velocità del flusso d'aria

          0.05–0.1 metri/secondo

          Gradiente di temperatura (dalla testa ai piedi)

          ≤ 2.5 ° C

           

          I fattori di cui sopra sono correlati, richiedendo una temperatura dell'aria più bassa nei casi in cui vi è un'elevata radiazione termica e richiedendo una temperatura dell'aria più elevata quando anche la velocità del flusso d'aria è maggiore.

          In generale, le correzioni da effettuare sono le seguenti:

          La temperatura dell'aria dovrebbe essere aumentata:

          • se la velocità del flusso d'aria è elevata
          • per situazioni lavorative sedentarie
          • se l'abbigliamento utilizzato è leggero
          • quando le persone devono essere acclimatate a temperature interne elevate.

           

          La temperatura dell'aria dovrebbe essere ridotta:

          • se il lavoro comporta un lavoro manuale pesante
          • quando si usano indumenti caldi.

           

          Per una buona sensazione di comfort termico la situazione più auspicabile è quella in cui la temperatura dell'ambiente è leggermente superiore alla temperatura dell'aria, e dove il flusso di energia termica radiante è uguale in tutte le direzioni e non è eccessivo in alto. L'aumento della temperatura in base all'altezza dovrebbe essere ridotto al minimo, mantenendo i piedi caldi senza creare un eccessivo carico termico sopra la testa. Un fattore importante che incide sulla sensazione di comfort termico è la velocità del flusso d'aria. Esistono diagrammi che riportano le velocità dell'aria consigliate in funzione dell'attività che si sta svolgendo e del tipo di abbigliamento utilizzato (figura 2).

          Figura 2. Zone di comfort basate sulle letture delle temperature complessive e della velocità delle correnti d'aria

          IEN050F3

          In alcuni paesi esistono norme per le temperature ambientali minime, ma i valori ottimali non sono ancora stati stabiliti. Tipicamente, il valore massimo per la temperatura dell'aria è di 20°C. Con i recenti miglioramenti tecnici, la complessità della misurazione del comfort termico è aumentata. Sono apparsi molti indici, tra cui l'indice di temperatura effettiva (ET) e l'indice di temperatura effettiva corretta (CET); l'indice di sovraccarico calorico; l'indice di stress da calore (HSI); la temperatura del globo a bulbo umido (WBGT); e l'indice Fanger dei valori mediani (IMV), tra gli altri. L'indice WBGT permette di determinare gli intervalli di riposo richiesti in funzione dell'intensità del lavoro svolto in modo da precludere lo stress termico in condizioni di lavoro. Questo è discusso più ampiamente nel capitolo Caldo e freddo.

          Zona di comfort termico in un diagramma psicrometrico

          L'intervallo sul diagramma psicrometrico corrispondente alle condizioni in cui un adulto percepisce il comfort termico è stato attentamente studiato ed è stato definito nella norma ASHRAE in base alla temperatura effettiva, definita come la temperatura misurata con un termometro a bulbo secco in una stanza uniforme con 50 percentuale di umidità relativa, dove le persone avrebbero lo stesso scambio di calore per energia radiante, convezione ed evaporazione che avrebbero con il livello di umidità nel dato ambiente locale. La scala della temperatura effettiva è definita da ASHRAE per un livello di abbigliamento di 0.6 clo—clo è un'unità di isolamento; 1 clo corrisponde all'isolamento fornito da un normale set di indumenti, che presuppone un livello di isolamento termico di 0.155 K m2W-1, dove K è lo scambio di calore per conduzione misurato in Watt per metro quadro (W m-2) per un movimento d'aria di 0.2 ms-1 (a riposo), per un'esposizione di un'ora ad una attività sedentaria prescelta di 1 met (unità di tasso metabolico=50 Kcal/m2h). Questa zona di comfort è mostrata nella figura 2 e può essere utilizzata per ambienti termici in cui la temperatura misurata dal calore radiante è approssimativamente uguale alla temperatura misurata da un termometro a bulbo secco e dove la velocità del flusso d'aria è inferiore a 0.2 ms-1 per persone vestite con abiti leggeri e che svolgono attività sedentarie.

          Formula del comfort: il metodo Fanger

          Il metodo sviluppato da PO Fanger si basa su una formula che mette in relazione variabili di temperatura ambiente, temperatura media radiante, velocità relativa del flusso d'aria, pressione del vapore acqueo nell'aria ambiente, livello di attività e resistenza termica dell'abbigliamento indossato. Un esempio derivato dalla formula comfort è riportato in tabella 2, utilizzabile nelle applicazioni pratiche per ottenere una temperatura confortevole in funzione dell'abbigliamento indossato, del tasso metabolico dell'attività svolta e della velocità del flusso d'aria.

          Tabella 2. Temperature di comfort termico (°C), al 50% di umidità relativa (in base alla formula di PO Fanger)

          Metabolismo (Watt)

          105

          Temperatura radiante

          clo

          20 ° C

          25 ° C

          30 ° C

          Abbigliamento (clo)
          0.5 Va /(m.sg-1)


          0.2


          30.7


          27.5


          24.3

           

          0.5

          30.5

          29.0

          27.0

           

          1.5

          30.6

          29.5

          28.3

          Abbigliamento (clo)
          0.5 Va /(m.sg-1)


          0.2


          26.0


          23.0


          20.0

           

          0.5

          26.7

          24.3

          22.7

           

          1.5

          27.0

          25.7

          24.5

          Metabolismo (Watt)

          157

          Temperatura radiante

          clo

          20 ° C

          25 ° C

          30 ° C

          Abbigliamento (clo)
          0.5 Va /(m.sg-1)


          0.2


          21.0


          17.1


          14.0

           

          0.5

          23.0

          20.7

          18.3

           

          1.5

          23.5

          23.3

          22.0

          Abbigliamento (clo)
          0.5 Va /(m.sg-1)


          0.2


          13.3


          10.0


          6.5

           

          0.5

          16.0

          14.0

          11.5

           

          1.5

          18.3

          17.0

          15.7

          Metabolismo (Watt)

          210

          Temperatura radiante

          clo

          20 ° C

          25 ° C

          30 ° C

          Abbigliamento (clo)
          0.5 Va /(m.sg-1)


          0.2


          11.0


          8.0


          4.0

           

          0.5

          15.0

          13.0

          7.4

           

          1.5

          18.3

          17.0

          16.0

          Abbigliamento (clo)
          0.5 Va /(m.sg-1)


          0.2


          -7.0


          /


          /

           

          0.5

          -1.5

          -3.0

          /

           

          1.5

          -5.0

          2.0

          1.0

           

          Sistemi di riscaldamento

          La progettazione di qualsiasi sistema di riscaldamento dovrebbe essere direttamente correlata al lavoro da eseguire e alle caratteristiche dell'edificio in cui verrà installato. Difficile trovare, nel caso di edifici industriali, progetti in cui si tenga conto del fabbisogno termico dei lavoratori, spesso perché i processi e le postazioni di lavoro sono ancora da definire. Normalmente i sistemi sono progettati con un range molto libero, considerando solo i carichi termici che esisteranno nell'edificio e la quantità di calore che deve essere fornita per mantenere una data temperatura all'interno dell'edificio, indipendentemente dalla distribuzione del calore, dalla situazione delle postazioni di lavoro e altri fattori altrettanto meno generali. Ciò porta a carenze nella progettazione di alcuni edifici che si traducono in carenze come punti freddi, correnti d'aria, un numero insufficiente di elementi riscaldanti e altri problemi.

          Per concludere con un buon sistema di riscaldamento nella progettazione di un edificio, le seguenti sono alcune delle considerazioni che dovrebbero essere affrontate:

          • Considerare il corretto posizionamento dell'isolamento per risparmiare energia e ridurre al minimo i gradienti di temperatura all'interno dell'edificio.
          • Ridurre il più possibile l'infiltrazione di aria fredda nell'edificio per minimizzare le variazioni di temperatura nelle aree di lavoro.
          • Controllare l'inquinamento atmosferico attraverso l'estrazione localizzata dell'aria e la ventilazione per spostamento o diffusione.
          • Controllare le emissioni di calore dovute ai processi utilizzati nell'edificio e la loro distribuzione nelle aree occupate dell'edificio.

           

          Quando il riscaldamento è fornito da bruciatori senza camini di scarico, si dovrà prestare particolare attenzione all'inalazione dei prodotti della combustione. Normalmente, quando i materiali combustibili riscaldano olio, gas o coke, producono anidride solforosa, ossidi di azoto, monossido di carbonio e altri prodotti di combustione. Esistono limiti di esposizione umana per questi composti e dovrebbero essere controllati, specialmente in spazi chiusi dove la concentrazione di questi gas può aumentare rapidamente e l'efficienza della reazione di combustione può diminuire.

          La progettazione di un impianto di riscaldamento comporta sempre il bilanciamento di diverse considerazioni, come il basso costo iniziale, la flessibilità del servizio, l'efficienza energetica e l'applicabilità. Pertanto, l'uso dell'elettricità durante le ore non di punta, quando potrebbe essere più economico, ad esempio, potrebbe rendere i riscaldatori elettrici convenienti. Un'altra opzione è l'utilizzo di sistemi chimici per l'accumulo di calore che possono poi essere utilizzati durante i picchi di domanda (utilizzando solfuro di sodio, ad esempio). È anche possibile studiare il posizionamento di più sistemi diversi insieme, facendoli funzionare in modo tale da poterne ottimizzare i costi.

          Particolarmente interessante è l'installazione di riscaldatori in grado di utilizzare gas o olio combustibile. L'uso diretto dell'elettricità significa consumare energia di prima classe che può rivelarsi costosa in molti casi, ma che può consentire la flessibilità necessaria in determinate circostanze. Le pompe di calore e gli altri sistemi di cogenerazione che sfruttano il calore residuo possono permettersi soluzioni che possono essere molto vantaggiose dal punto di vista economico. Il problema di questi sistemi è il loro alto costo iniziale.

          Oggi la tendenza degli impianti di riscaldamento e condizionamento è quella di puntare al funzionamento ottimale e al risparmio energetico. I nuovi sistemi prevedono quindi sensori e comandi distribuiti negli ambienti da riscaldare, ottenendo un apporto di calore solo nei tempi necessari per ottenere il comfort termico. Questi sistemi possono far risparmiare fino al 30% dei costi energetici del riscaldamento. La figura 3 mostra alcuni dei sistemi di riscaldamento disponibili, indicandone le caratteristiche positive e gli svantaggi.

          Figura 3. Caratteristiche dei sistemi di riscaldamento più diffusi nei cantieri

          IEN050F7

          Impianti di climatizzazione

          L'esperienza mostra che gli ambienti industriali che sono vicini alla zona di comfort durante i mesi estivi aumentano la produttività, tendono a registrare meno infortuni, hanno un minore assenteismo e, in generale, contribuiscono a migliorare le relazioni umane. Nel caso di esercizi commerciali, ospedali ed edifici di grandi superfici, la climatizzazione necessita solitamente di essere orientata per poter fornire il comfort termico quando le condizioni esterne lo richiedono.

          In alcuni ambienti industriali in cui le condizioni esterne sono molto severe, l'obiettivo dei sistemi di riscaldamento è orientato più a fornire calore sufficiente per prevenire possibili effetti negativi sulla salute che a fornire calore sufficiente per un ambiente termico confortevole. Fattori che vanno attentamente monitorati sono la manutenzione e il corretto utilizzo degli impianti di climatizzazione, soprattutto se dotati di umidificatori, perché possono diventare fonti di contaminazione microbica con i rischi che questi contaminanti possono comportare per la salute umana.

          Oggi i sistemi di ventilazione e climatizzazione tendono a coprire, congiuntamente e spesso utilizzando lo stesso impianto, le esigenze di riscaldamento, refrigerazione e condizionamento dell'aria di un edificio. Classificazioni multiple possono essere utilizzate per i sistemi di refrigerazione.

          A seconda della configurazione del sistema possono essere classificati nel modo seguente:

          • Unità ermetiche, con fluido refrigerante installato in fabbrica, apribili e ricaricabili in officina. Si tratta di unità di condizionamento normalmente utilizzate in uffici, abitazioni e simili.
          • Unità semiermetiche di medie dimensioni, fabbricate in fabbrica, che sono di dimensioni maggiori rispetto alle unità domestiche e che possono essere riparate attraverso aperture progettate a tale scopo.
          • Sistemi segmentati per magazzini e grandi superfici, costituiti da parti e componenti nettamente differenziati e fisicamente separati (il compressore e il condensatore sono fisicamente separati dall'evaporatore e dalla valvola di espansione). Sono utilizzati per grandi edifici per uffici, hotel, ospedali, grandi fabbriche ed edifici industriali.

           

          A seconda della copertura che forniscono, possono essere classificati nel modo seguente:

          • Impianti per una sola zona: un'unità di trattamento aria serve più ambienti dello stesso edificio e contemporaneamente. Gli ambienti serviti hanno esigenze di riscaldamento, refrigerazione e ventilazione simili e sono regolati da un comando comune (termostato o dispositivo simile). Impianti di questo tipo possono finire per non essere in grado di fornire un adeguato livello di comfort ad ogni ambiente se il progetto progettuale non tiene conto dei diversi carichi termici tra ambienti della stessa zona. Questo può accadere quando c'è un aumento dell'occupazione di una stanza o quando vengono aggiunte luci o altre fonti di calore, come computer o fotocopiatrici, che non erano previste durante la progettazione originale del sistema. Il disagio può verificarsi anche a causa dei cambiamenti stagionali nella quantità di radiazione solare ricevuta da una stanza, o anche a causa dei cambiamenti da una stanza all'altra durante il giorno.
          • Impianti per più zone: impianti di questo tipo possono fornire a zone diverse aria a temperature e umidità diverse riscaldando, raffreddando, umidificando o deumidificando l'aria in ogni zona e variando il flusso d'aria. Questi sistemi, pur avendo generalmente un'unità di raffreddamento ad aria comune e centralizzata (compressore, evaporatore, ecc.), sono dotati di una varietà di elementi, come dispositivi di controllo del flusso d'aria, batterie di riscaldamento e umidificatori. Questi sistemi sono in grado di regolare le condizioni di un locale in base a specifici carichi termici, che rilevano tramite sensori distribuiti nei locali in tutta l'area che servono.
          • A seconda del flusso d'aria che questi sistemi immettono nell'edificio, vengono classificati nel modo seguente:
          • Volume costante (CV): questi sistemi pompano un flusso d'aria costante in ogni stanza. Le variazioni di temperatura vengono effettuate riscaldando o raffreddando l'aria. Questi sistemi miscelano frequentemente una percentuale di aria esterna con aria interna riciclata.
          • A volume variabile (VAV): questi sistemi mantengono il comfort termico variando la quantità di aria riscaldata o raffreddata fornita a ciascun ambiente. Pur funzionando principalmente in base a questo principio di miscelazione, possono essere abbinati anche a sistemi che modificano la temperatura dell'aria che immettono nell'ambiente.

           

          I problemi che più frequentemente affliggono queste tipologie di impianti sono l'eccessivo riscaldamento o raffrescamento se l'impianto non è adeguato a rispondere alle variazioni dei carichi termici, oppure la mancanza di ventilazione se l'impianto non immette una minima quantità di aria esterna per rinnovare la circolazione aria interna. Questo crea ambienti interni viziati in cui la qualità dell'aria si deteriora.

          Gli elementi base di tutti i sistemi di climatizzazione sono (vedi anche figura 4):

          • Unità per trattenere la materia solida, generalmente filtri a maniche o precipitatori elettrostatici.
          • Unità di riscaldamento o raffrescamento ad aria: in queste unità il calore viene scambiato per scambio termico con acqua fredda o liquidi refrigeranti, per ventilazione forzata in estate e per riscaldamento con serpentine elettriche o per combustione in inverno.
          • Unità per il controllo dell'umidità: in inverno è possibile aggiungere umidità per immissione diretta di vapore acqueo o per evaporazione diretta dell'acqua; in estate può essere rimossa da serpentine frigorifere che condensano l'umidità in eccesso nell'aria, oppure da un sistema ad acqua refrigerata in cui l'aria umida scorre attraverso una cortina di gocce d'acqua più fredda del punto di rugiada dell'aria umida.

           

          Figura 4. Schema semplificato del sistema di climatizzazione

          IEN050F8

           

          Di ritorno

          Mercoledì, Febbraio 16 2011 01: 25

          Aria interna: ionizzazione

          La ionizzazione è una delle tecniche utilizzate per eliminare il particolato dall'aria. Gli ioni agiscono come nuclei di condensazione per piccole particelle che, aderendo tra loro, crescono e precipitano.

          La concentrazione di ioni negli ambienti interni chiusi è, in linea generale e in assenza di ulteriori fonti di ioni, inferiore a quella degli ambienti aperti. Da qui la convinzione che l'aumento della concentrazione di ioni negativi nell'aria interna migliori la qualità dell'aria.

          Alcuni studi basati su dati epidemiologici e su ricerche sperimentali pianificate affermano che l'aumento della concentrazione di ioni negativi negli ambienti di lavoro porta a una migliore efficienza dei lavoratori e migliora l'umore dei dipendenti, mentre gli ioni positivi hanno un effetto negativo. Tuttavia, studi paralleli mostrano che i dati esistenti sugli effetti della ionizzazione negativa sulla produttività dei lavoratori sono incoerenti e contraddittori. Pertanto, sembra che non sia ancora possibile affermare inequivocabilmente che la generazione di ioni negativi sia realmente benefica.

          Ionizzazione naturale

          Le singole molecole di gas nell'atmosfera possono ionizzarsi negativamente acquistando o positivamente perdendo un elettrone. Affinché ciò avvenga, una data molecola deve prima guadagnare abbastanza energia, solitamente chiamata energia ionizzata di quella particolare molecola. Esistono in natura molte fonti di energia, sia di origine cosmica che terrestre, in grado di produrre questo fenomeno: radiazione di fondo nell'atmosfera; onde elettromagnetiche solari (soprattutto ultraviolette), raggi cosmici, atomizzazione di liquidi come gli spruzzi provocati dalle cascate, movimento di grandi masse d'aria sulla superficie terrestre, fenomeni elettrici come fulmini e tempeste, processo di combustione e sostanze radioattive .

          Le configurazioni elettriche degli ioni che si formano in questo modo, pur non essendo ancora del tutto note, sembrano includere gli ioni di carbonatazione e H+, H3O+, O+, N+, OH-, H2O- E O2-. Queste molecole ionizzate possono aggregarsi per adsorbimento su particelle sospese (nebbia, silice e altri contaminanti). Gli ioni sono classificati in base alla loro dimensione e alla loro mobilità. Quest'ultima è definita come una velocità in un campo elettrico espressa come unità come centimetri al secondo per tensione per centimetro (cm/s/V/cm), o, più compattamente,

          Gli ioni atmosferici tendono a scomparire per ricombinazione. La loro emivita dipende dalle loro dimensioni ed è inversamente proporzionale alla loro mobilità. Gli ioni negativi sono statisticamente più piccoli e la loro emivita è di alcuni minuti, mentre gli ioni positivi sono più grandi e la loro emivita è di circa mezz'ora. Il carica spaziale è il quoziente della concentrazione di ioni positivi e la concentrazione di ioni negativi. Il valore di questa relazione è maggiore di uno e dipende da fattori quali il clima, la località e la stagione dell'anno. Negli spazi abitativi questo coefficiente può assumere valori inferiori a uno. Le caratteristiche sono riportate nella tabella 1.

          Tabella 1. Caratteristiche degli ioni di data mobilità e diametro

          Mobilità (cm2/vs)

          Diametro (mm)

          Caratteristiche

          3.0-0.1

          0.001-0.003

          Piccolo, alta mobilità, vita breve

          0.1-0.005

          0.003-0.03

          Intermedio, più lento dei piccoli ioni

          0.005-0.002

          > 0.03

          Ioni lenti, aggregati su particolato
          (ioni di Langevin)

           

          Ionizzazione artificiale

          L'attività umana modifica la ionizzazione naturale dell'aria. La ionizzazione artificiale può essere causata da processi e incendi industriali e nucleari. Il particolato sospeso in aria favorisce la formazione di ioni Langevin (ioni aggregati sul particolato). I radiatori elettrici aumentano notevolmente la concentrazione di ioni positivi. I condizionatori d'aria aumentano anche la carica spaziale dell'aria interna.

          I luoghi di lavoro dispongono di macchinari che producono contemporaneamente ioni positivi e negativi, come nel caso di macchine che sono importanti fonti locali di energia meccanica (presse, macchine per filatura e tessitura), energia elettrica (motori, stampanti elettroniche, fotocopiatrici, linee e impianti ad alta tensione ), energia elettromagnetica (schermi a raggi catodici, televisori, monitor di computer) o energia radioattiva (terapia con cobalto-42). Questi tipi di apparecchiature creano ambienti con concentrazioni più elevate di ioni positivi a causa della maggiore emivita di quest'ultimo rispetto agli ioni negativi.

          Concentrazioni ambientali di ioni

          Le concentrazioni di ioni variano a seconda delle condizioni ambientali e meteorologiche. Nelle zone poco inquinate, come boschi e montagne, oa grandi altitudini, cresce la concentrazione di piccoli ioni; nelle aree vicine a sorgenti radioattive, cascate o rapide fluviali le concentrazioni possono raggiungere migliaia di piccoli ioni per centimetro cubo. In prossimità del mare e quando i livelli di umidità sono elevati, invece, c'è un eccesso di ioni grossi. In generale, la concentrazione media di ioni negativi e positivi nell'aria pulita è rispettivamente di 500 e 600 ioni per centimetro cubo.

          Alcuni venti possono trasportare grandi concentrazioni di ioni positivi: il Föhn in Svizzera, il Santa Ana negli Stati Uniti, lo Scirocco in Nord Africa, il Chinook nelle Montagne Rocciose e lo Sharav in Medio Oriente.

          Nei luoghi di lavoro in cui non sono presenti fattori ionizzanti significativi si verifica spesso un accumulo di ioni di grandi dimensioni. Ciò è particolarmente vero, ad esempio, nei luoghi ermeticamente chiusi e nelle miniere. La concentrazione di ioni negativi diminuisce sensibilmente negli ambienti interni e nelle zone contaminate o polverose. Sono molte le ragioni per cui la concentrazione di ioni negativi diminuisce anche negli ambienti interni dotati di impianti di climatizzazione. Uno dei motivi è che gli ioni negativi rimangono intrappolati nei condotti dell'aria e nei filtri dell'aria o sono attratti da superfici caricate positivamente. Schermi a raggi catodici e monitor di computer, ad esempio, sono caricati positivamente, creando nelle loro immediate vicinanze un microclima carente di ioni negativi. Anche i sistemi di filtrazione dell'aria progettati per le “camere bianche” che richiedono livelli minimi di contaminazione da particolato sembrano eliminare gli ioni negativi.

          Al contrario, un eccesso di umidità condensa gli ioni, mentre una sua mancanza crea ambienti secchi con grandi quantità di cariche elettrostatiche. Queste cariche elettrostatiche si accumulano nelle fibre plastiche e sintetiche, sia nell'ambiente che sulle persone.

          Generatori di ioni

          I generatori ionizzano l'aria fornendo una grande quantità di energia. Questa energia può provenire da una sorgente di radiazione alfa (come il trizio) o da una sorgente di elettricità mediante l'applicazione di un'alta tensione a un elettrodo appuntito. Le sorgenti radioattive sono vietate nella maggior parte dei paesi a causa dei problemi secondari della radioattività.

          I generatori elettrici sono costituiti da un elettrodo appuntito circondato da una corona; l'elettrodo è alimentato con una tensione negativa di migliaia di volt e la corona è collegata a terra. Gli ioni negativi vengono espulsi mentre gli ioni positivi sono attratti dal generatore. La quantità di ioni negativi generati aumenta in proporzione alla tensione applicata e al numero di elettrodi che contiene. I generatori che hanno un numero maggiore di elettrodi e utilizzano una tensione inferiore sono più sicuri, perché quando la tensione supera gli 8,000-10,000 volt il generatore produrrà non solo ioni, ma anche ozono e alcuni protossido di azoto. La diffusione degli ioni è ottenuta per repulsione elettrostatica.

          La migrazione degli ioni dipenderà dall'allineamento del campo magnetico generato tra il punto di emissione e gli oggetti che lo circondano. La concentrazione di ioni che circondano i generatori non è omogenea e diminuisce notevolmente all'aumentare della distanza da essi. I ventilatori installati in questa apparecchiatura aumenteranno la zona di dispersione ionica. È importante ricordare che gli elementi attivi dei generatori devono essere puliti periodicamente per garantire il corretto funzionamento.

          I generatori possono anche essere basati sull'atomizzazione dell'acqua, sugli effetti termoelettrici o sui raggi ultravioletti. Ci sono molti diversi tipi e dimensioni di generatori. Possono essere installati su soffitti e pareti o possono essere posizionati ovunque se sono di tipo piccolo e portatile.

          Misurare gli ioni

          I dispositivi di misurazione degli ioni sono realizzati posizionando due piastre conduttive a 0.75 cm di distanza e applicando una tensione variabile. Gli ioni raccolti vengono misurati da un picoamperemetro e viene registrata l'intensità della corrente. Le tensioni variabili consentono la misurazione delle concentrazioni di ioni con diverse mobilità. La concentrazione di ioni (N) è calcolato dall'intensità della corrente elettrica generata utilizzando la seguente formula:

          where I è la corrente in ampere, V è la velocità del flusso d'aria, q è la carica di uno ione univalente (1.6x10-19) in Coulomb e A è l'area effettiva delle piastre del collettore. Si presume che tutti gli ioni abbiano una singola carica e che siano tutti trattenuti nel collettore. Va tenuto presente che questo metodo ha i suoi limiti dovuti alla corrente di fondo e all'influenza di altri fattori quali umidità e campi di elettricità statica.

          Gli effetti degli ioni sul corpo

          I piccoli ioni negativi sono quelli che dovrebbero avere il maggiore effetto biologico a causa della loro maggiore mobilità. Alte concentrazioni di ioni negativi possono uccidere o bloccare la crescita di patogeni microscopici, ma non sono stati descritti effetti avversi sull'uomo.

          Alcuni studi suggeriscono che l'esposizione ad alte concentrazioni di ioni negativi produce cambiamenti biochimici e fisiologici in alcune persone che hanno un effetto rilassante, riducono la tensione e il mal di testa, migliorano la vigilanza e riducono i tempi di reazione. Questi effetti potrebbero essere dovuti alla soppressione dell'ormone neurale serotonina (5-HT) e dell'istamina in ambienti carichi di ioni negativi; questi fattori potrebbero influenzare un segmento ipersensibile della popolazione. Tuttavia, altri studi giungono a conclusioni diverse sugli effetti degli ioni negativi sul corpo. Pertanto, i vantaggi della ionizzazione negativa sono ancora aperti al dibattito e sono necessari ulteriori studi prima che la questione venga decisa.

           

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          Contenuti

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