Indici per la valutazione dinamica dell'umidità interna e dell'ambiente termico

Ingegneria delle comunicazioni volume 2, numero articolo: 59 (2023) Citare questo articolo

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Le fonti di umidità rilasciano componenti umidi nell'aria interna, influenzando la salute degli occupanti, il consumo energetico dell'aria condizionata e la durata di servizio dell'edificio. L’evaporazione e la diffusione della componente umida sono processi dinamici, eppure gli indici esistenti sono limitati nella loro capacità di descrivere accuratamente le fonti di umidità che influenzano dinamicamente l’aria interna. Qui proponiamo due indici CRIt(H), un indice del tasso di variazione del contributo dell'umidità, e CRIt(c) come tasso di variazione del contributo del clima interno. Prendendo come sorgente un umidificatore, utilizziamo i nostri indici per confrontare sperimentalmente l'impatto dei parametri della sorgente su una varietà di condizioni ambientali nello spazio e nel tempo. Il nostro approccio riflette accuratamente il modo in cui la fonte di umidità influenza l’umidità e la temperatura, con l’identificazione di fasi specifiche di influenza dinamica. Questo studio sarà utile per la creazione di modelli ambientali interni transitori, la regolamentazione dei sistemi di condizionamento dell'aria e il controllo sostenibile dell'ambiente interno.

Esistono tipi di fonti di umidità interna (Fig. 1a), come il personale1, le attrezzature2, i materiali dell'involucro e le piante, che assorbono la componente umida (goccioline d'acqua e vapore acqueo) o la rilasciano nell'aria a velocità diverse, modificando così l'ambiente interno. L'intensità di assorbimento o rilascio e il rapporto gas-liquido componente umido sono notevolmente diversi tra le fonti. Ad esempio, il tasso di rilascio di umidità dell’essere umano è di 30 ~ 300 g h−1 sotto diverse intensità di esercizio, mentre quello delle piante3 è solo di 0,84 ~ 20,00 g h−1. Inoltre, le piante più grandi producono più vapore acqueo4. Quando una fonte rilascia continuamente grandi quantità di componenti bagnati, l'umidità aumenta rapidamente, il che può produrre rugiada e muffe sulle pareti5,6 e causare disturbi respiratori e allergie7,8,9. Quando l'umidità è eccessivamente bassa (≤30%) a causa delle fonti che assorbono i componenti bagnati, la secchezza non solo influirà sul comfort termico degli occupanti10 ma causerà anche dolore respiratorio11,12, prurito agli occhi13,14,15 ed elettricità statica. Inoltre, un’umidità dell’aria eccessivamente alta e bassa può favorire la trasmissione e la sopravvivenza di alcuni virus16,17,18,19. Di conseguenza, indicatori ragionevoli, in grado di rappresentare con precisione l’influenza delle fonti di umidità sull’ambiente interno, saranno utili per regolare l’aria condizionata con un consumo energetico inferiore e fornire un ambiente soddisfacente per il personale.

a Fonti di umidità interne. b Indici per la valutazione dell'umidità interna e dell'ambiente termico.

Gli indici esistenti per quantificare l'influenza delle fonti di umidità sull'umidità dell'aria (Fig. 1b) possono essere suddivisi in parametri fondamentali (pressione parziale del vapore acqueo), parametri diretti assoluti (umidità assoluta, umidità specifica (rapporto di umidità)), parametri diretti relativi (umidità relativa (RH)) e parametri indiretti (temperatura del punto di rugiada, temperatura del bulbo umido)20. Per descrivere l'effetto dei diversi oggetti sull'umidità dell'ambiente, gli studiosi hanno modificato questi indici per renderli adatti ai problemi corrispondenti. Yanagi et al.21 hanno studiato l'impatto dell'umidità sulla contaminazione microbica utilizzando il rapporto cumulativo dell'umidità relativa media. Nel modello di condensazione delle pareti interne stabilito da Ma et al.22, gli indici di accessibilità transitoria basati sul rapporto di umidità vengono utilizzati per prevedere la distribuzione transitoria dei componenti umidi. Teodosiu23 ha simulato la termo-soluzione-convezione e la condensazione dell'aria umida sulla superficie, in cui è stata utilizzata la frazione di massa del vapore acqueo. Lucero-Gómez et al.24 hanno valutato l'ambiente umido con elevati requisiti di controllo calcolando le escursioni climatiche della fluttuazione dell'umidità relativa e hanno proposto misure di manutenzione efficienti per il condizionamento dell'aria. Inoltre, i ricercatori hanno anche proposto indici completi per valutare l’ambiente interno aggiungendo altri parametri, come la temperatura dell’aria, il movimento dell’aria e la temperatura radiante media. Gao et al.25 hanno stabilito una formula semplificata per la temperatura interna a bulbo umido del globo (WBGT) e hanno analizzato la sua relazione con l'umidità relativa, che può essere utilizzata per valutare l'ambiente interno di edifici ventilati naturalmente. Bonora et al.26 hanno stabilito due indicatori del microclima interno basati sulla temperatura dell'aria e sull'umidità relativa: l'indice Heritage Microclimate Risk (HMR) e l'indice Predicted Risk of Damage (PRD), per determinare il livello di rischio dell'ambiente interno per il patrimonio culturale.