Michela Montenero nº matricola 133171

Relazione della lezione tenutasi venerdì 15/12/2000 prima parte ore 8:30/10:30

Confort Termoigrometrico

M – L_P– L_G– E_d– E_S– E_R– V_S – U = R + C

Con:

M = metabolismo

L_P= lavoro polmonare

L_G= lavoro muscolare

E_d = pelle asciutta

E_S= energia che si scarica in pelle bagnata, sudore

E_R = energia legata al vapore d’H₂O emesso con la respirazione

V_S = vapore sensibile ( aria espulsa più calda di quella immessa)

U = energia di accumulo

R = potenza termica scambiata per irraggiamento

C = potenza termica scambiata per conduzione

Unità metabolica standard = MET = 58.2 W / m²

L’uomo sveglio ma in condizione statica immette nell’ambiente circa 120 W . Si possono avere anche valori più elevati: in presenza di capacità energetica, in piena attività fisica o mentale, anche solo parlando perché il cervello si scalda. L’aumento del metabolismo si scarica all’esterno ( per esempio si suda quando si fa un esame ).

Per smaltire l’aumento di produzione interna di energia, si aumenta la temperatura corporea e la respirazione. Quando il corpo sente caldo in eccesso si copre di un film liquido, il sudore, così che evaporando esso consumi energia.

W_S = E_d– E_S

Percentuale di pelle umida. Non è detto che W_Sdebba essere sistematicamente uguale a zero. Per esempio se c’è freddo possiamo sudare lo stesso perché siamo troppo vestiti e il nostro corpo può far si che una parte sudi e un’altra no .

La termoregolazione è locale: per esempio possiamo avere i piedi più freddi della testa.

Termine di accumulotapacità termica totale che al: capacità termica massima che l’organismo può sopportare: ± 600 KJ.

Cioè questa è la quantità massima di energia che il corpo può erogare senza entrare in deficit energetico.

Se l’organismo si trova in queste situazioni di produzione massima di energia o di deficit “spegne” la digestione, la circolazione sanguigna negli arti, riduce la difesa immunitaria, interrompe cioè tutte le funzioni secondarie per cercare di conservare gli organi interni e il cervello.

L’ipotalamo è il centro regolatore di questi sensori.

Ci sono casi in cui esso può essere ingannato e perciò l’organismo comincia a spegnersi anche se non ce n’è bisogno. Questo succede per esempio quando una persona prende il sole ed è prossimo ai 600 KJ e improvvisamente fa il bagno. Questo fa percepire all’ipotalamo un raffreddamento istantaneo e un grande bisogno di energia dunque comincia a bloccare gli organi secondari e può anche indurre un blocco respiratorio. Questo si poteva evitare mettendosi una cuffia.

E_d= ( P_SC– P_va) r m

Con :

m = coefficiente di permanenza della pelle

P_SC= pressione di saturazione alla temperatura corporea

P_va = pressione di vapore presente nell’aria

r = unità di superficie

Lo scambio è proporzionale alla pressione. Questa relazione mi da la quantità di calore che si disperde attraverso la pelle.

Se P_SC non è diverso da P_va non c’è il fenomeno evaporativo.

Per risolvere l’equazione bisogna trovare m che dipende dallo spessore della pelle, non essendo uguale per tutti gli si è attribuito un valore medio.

Dalle tabelle del vapor saturo:

P_SC= 256 t_S – 3365 Pa

Con t_S = temperatura superficiale cutanea

Se P_va ³ P_SC : sudiamo ma il sudore non evapora, non ci raffredda. Ciò avviene quando c’è molta umidità. Continuiamo a sudare e a perdere energia.

Se P_va > P_SC : in un clima secco il sudore evapora, ci si raffredda e il centro regolatore non ci fa più sudare e perdere energia.

E_s= W_s· K_C( P_SC- P_va)

Con:

W_s = percentuale di pelle bagnata

K_C = coefficiente di scambio evaporativo

K_C= 16 w/m²Pa

In condizioni di vento ci raffreddiamo più velocemente grazie all’aumento di K_C. La quantità di sudore sulla pelle si asciuga subito. K_C però non è facilmente calcolabile e non è lineare.

Volendo mettere assieme E_se E_d troviamo un nuovo termine di diffusione:

E_st= E_s+ E_d= K_C( 0.06 + 6.94 W_S) ( P_SC- P_va)

Abbiamo riportato tutto formalmente ad uno scambio diffusivo dove lo 0.06 mi riporta i termini al modo giusto. W_Sè un parametro di confort decisivo.

Termoregolazione

La termoregolazione ha una base genetica, dipende dal popolo. Per esempio negli Stati Uniti si usano molto gli impianti di condizionamento regolati in molti modi diversi perché sono un popolo nato dalla unione di popoli diversi. Al contrario in Islanda il confort termico è molto compatto. Anche per noi in Italia, che abbiamo origini diverse, il confort varia da zona a zona.

Se W_S > 20% i popoli nordici hanno caldo

Se W_S > 30-35% in Italia è accettabile

E_R= ρ_AV˙ · r ( X_C– X_A)

Con:

E_R = quantità di vapore che se ne va legata alla vaporizzazione polmonare

V˙ = volume ventilato in m³/s

ρ_A = R₀ aria

ρ_A x V˙ = portata in massa ventilata nell’unità di tempo

M = ρ_A x V˙ = Kg A / s

X_C= aria espirata satura con titolo più alto

X_A= aria aspirata (titolo)

M = 0.006 M (kg / m²h)

La precedente espressione può essere scritta anche in un altro modo:

E_R = 0.3035 M · (P_SC- P_va) w / m²

Dove M è il metabolismo

V_S = M _Cp (t_i – t_a) = 0.00167 · m ( t_i – t_a)

V_S = potenza dispersa per calore sensibile all’aria.

t_iè fissa e vale 36.5°

Le uniche variabili sotto il controllo umano sono il metabolismo M e la frazione di pelle bagnata W_S. Con umidità, aria, ambiente, temperatura esterna si può avere o no la chiusura dell’equazione.

R = a · б₀ · F( Tp⁴– T_MR⁴)

Con:

F = fattore di forno

T_MR = temperatura media radiante dei corpi che noi vediamo; temperatura media su tutte le cose che vedo ( ad esempio camino alza la media dell’aria e in proporzione coi muri). Per misurare la T_MR si usa il globometro che consiste in una palla nera contenente un termometro.

Se T_MR> T ambiente ciò è un pregio

Se T_MR < T ambiente l’ambiente è umido, non confortevole.

In Italia in genere si valuta la temperatura ambiente, dell’aria, più che la T_MR.

a = coefficiente di assorbimento, che è tanto più grande quanto più nero è il corpo. Se il corpo è nero a vale 1, se il corpo è a specchio o di metallo lucidato a = 0. Normalmente la pelle ha un coefficiente di assorbimento a = 0.8.

б₀ = 5.76 · 10^-8 w / m² K⁴ costante di Stefen Boltzan

F = è sempre minore di 1, che nel caso del corpo umano coincide con f_cl ( parte di corpo non vestita).

R = 3.9 · 10^-8 · f_cl [ ( t_CL + 273 )⁴ – ( T _MR + 273 )⁴]

Con: t_CL= temperatura esterna dei vestiti

In un corpo nudo f_cl = 1

In un corpo vestito f_cl = 0.05

( non vale mai 0, faccia e mani restano scoperti)

La pelle nuda scambia per convezione direttamente. Un corpo coperto con vestiti inizialmente scambia calore per convezione. La resistenza termica del corpo dipende dai vestiti.