Lezioni di comfort: perchè con radiatori o fancoli ho freddo se il termostato segna 20°C ?

Siamo a novembre 2022, le temperature esterne sono ancora abbastanza miti, ben superiori alle temperature degli anni scorsi dello stesso periodo e ben superiori alle temperature medie degli ultimi anni e in casa sembra eserci un certo comfort. Come mai, termometro alla mano, in un ambiente climatizzato con radiatori oppure fan-coil se leggo “20°C” ho freddo? In questo articolo approfondiremo la fisica tecnica del comfort a partire dalle normative per poi mostrare dati reali di monitoraggi ed esperienze sul campo.

termostati in unità di misura diverse
Temperatura dell’aria: 20°C

Dizionario del comfort: facciamo chiarezza

Prima di iniziare l’analisi del comfort è importante fare chiarezza sulla terminologia utilizzata.

  • comfort: comodità, agio, il complesso di impianti, installazioni e arredi accessorî, occorrenti a rendere agevole e organizzata la vita quotidiana
  • confort: termine corrispondente all’ingl. comfort (termine meno utilizzato e per capire quale termine è più giusto utilizzare ecco qui un approfondimento)
  • comfort termico: condizione mentale di soddisfazione nei riguardi dell’ambiente termico
  • ergonomia: disciplina scientifica che si occupa dei problemi relativi al lavoro umano e che tende a realizzare un adattamento ottimale del sistema uomo-macchina-ambiente di lavoro alle capacità e ai limiti psico-fisiologici dell’uomo.
  • microclima: complesso delle condizioni termoigrometriche e di composizione fisico-chimica dell’aria che caratterizzano un ambiente interno.
  • modello adattativo: modello più recente rispetto alla teoria di Fanger, deriva da studi statistici condotti in edifici reali. È meno restrittivo sulla soddisfazione termica del soggetto rispetto al modello Fanger e permette di ottenere comfort a costi energetici inferiori. È applicato ad ambienti senza climatizzazione meccanica.
  • benessere termo-igometrico: condizione mentale di soddisfazione nei confronti dell’ambiente termico.

L’involucro, l’abbigliamento e le sensazioni di caldo e di freddo

La teoria sul comfort termico che porta il nome del Prof. Fanger, classe 1934, è ormai consolidata e conosciuta da molti. Sono ormai diversi anni, anzi decenni che norma UNI EN ISO 7730 descrive il modello di Fanger per il calcolo degli indici di comfort che descrivono attraverso un numero (che varia da -3 a +3) se l’ambiente interno nelle quali le persone soggiornano è confortevoale. Nonostante la sua età (la prima versione è datata 1997) la norma UNI EN ISO 7730 è più che attuale, viene infatti richiamata come riferimento normativo per il comfort nei CAM edilizia versione 2022 (link per scaricare il testo del decreto).

L’indice di comfort termico è ottenuto attraverso l’applicazione di una formula nella quale è necessario inserire alcuni dati misurati mediante strumentazione e altri invece ottenuti mediante stime o indagini, in particolare:

  • Temperatura dell’aria (°C)
  • Temperatura media radiante (°C)
  • Umidità relativa dell’aria (%)
  • Velocità dell’aria (m/s)
  • Deviazione standard della velocità dell’aria

Tra i parametri da stimare vi sono invece:

  • indice di vestiario degli occupanti (clo)
  • attività metabolica (met)
  • posizione della persone (seduto, in piedi).

E’ importante evidenziare quindi che alcuni aspetti che influenzano la sensazione di comfort non sono inclusi, tra questi: la qualità dell’aria, gli aspetti acustici e quelli illuminotecnici.

Comfort: temperatura dell’aria e temperatura media radiante

Tra i parametri da misurare prima descritti due sono fondamentali per comprendere bene il concetto di comfort: sono la temperatura dell’aria e la temperatura media radiante. Due parametri con la stessa unità di misura ma che esprimo concetti molto diversi.

Ma che cos’è la temperatura media radiante? La sua definizione è complessa, ma per capire il concetto possiamo definire come temperatura media radiante un valore simile alla media della temperatura superficiale di tutte le sei superfici di un ambiente, ovvero: le 4 pareti, il pavimento e il soffitto. Quindi per avere una indicazione di tale temperatura si potrà utilizzare una termocamera oppure degli strumenti più precisi come un radiometro bidirezionale oppure un globotermometro.

Nell’immagine qui sotto sono riportate le temperature superficiali di tre installazioni: radiatore, sistema radiante a pavimento e sistemi radiante a parete. Le diverse temperature superficiali sono molto chiare, ma sarebbero ancora più diverse se l’edificio in oggetto fosse molto dipendente.

confronto temperatura sistemi di emissione

Nessuna di queste due (ovvero dell’aria e media radiante) è la temperatura che indica il comfort termico. Infatti se vogliamo parlare di comfort il parametro che riassume le due temperature sopra elencate si chiama temperatura operante oppure operativa. Questa è ottenuta a partire dalla temperatura dell’aria e dalla temperatura media radiante.

Se prendiamo ambienti moderati, come quelli residenziali oppure per uffici possiamo calcolare la temperatura operante facendo la media tra quella dell’aria e quella media radiante. Vediamo un semplice esempio.

  • radiatori: t dell’aria 20°C, t media radiante 18°C. temperatura operante = 19°C (la mia sensazione sarà di discomfort)
  • sistema radiante a pavimento: t dell’aria 20°C, t media radiante 22°C. temperatura operante = 21°C (la mia sensazione sarà di comfort).

Ecco quindi spiegato perchè spesso anche se il termostato indica 20°C la sensazione sarà di avvertire freddo. Ma vediamo un esempio applicativo che enfatizza questo concetto.

Temperatura superficiale delle pareti, come posso calcolarla?

Dato che spesso non disponiamo degli strumenti di misura come ad esempio una termocamera oppure un termometro ad infrarossi possiamo calcolare quale sarà la temperatura della parete della nostra casa a partire dalla temperatura esterna. Naturalmente il calcolo verrà fatto in regime stazionario avvero senza tener conto dell’andamento della temperatura nell’arco della giornata, ma tale calcolo ci darà in ogni caso informazioni interessanti.

Ecco un esempio per capire come influisce la trasmittanza della parete sul calcolo della temperatura superficiale in quattro stratigrafie tipo. La temperatura superficiale è rappresentata in blu e si ottiene attraverso la seguente formula:

T superficiale parete interna = temperatura interna  – (trasmittanza * Rsi  * (temperatura interna – temperatura esterna))

dove  Rsi = 0,13 m²K/W

stratigrafie involucro temperatura

Quindi in funzione delle caratteristiche dell’involucro avrò una temperatura media radiante diversa. Se inoltre ho una grande superficie riscaldata (sistema radiante) la temperatura media radiante sarà ancora superiore. Vediamo di quanto.

Temperatura media superficiale (Tmr) per sistema radiante e radiatori

Consideriamo il frequente caso dei mattoni forati con parete da 30 cm, ovvero con temperatura media superficiale interna di 18,7°C. Ipotizziamo un ambiente di altezza 2.7 e di 3 metri per 3 (superficie 9 m²). Nel caso del radiatore la temperatura superficiale media della parete disperdente dipende dalla superficie del radiatore e dalla finestra.

  • radiatori: Tmr = circa 19,6 °C
  • sistema radiante a pavimento: Tmr = circa 21,3 °C
  • sistema radiante a parete (sulla parete dispendente) Tmr = circa 21,5 °C.

Ora calcolare la temperatura di comfort è molto semplice: prendiamo la temperatura media radiante è facciamo la media con la temperatura dell’aria ci accorgiamo che la temperatura di comfort (ovvero To = temperatura operante) è la seguente:

  • radiatori: To = circa 19,8 °C
  • sistema radiante a pavimento: To = circa 20,1 °C
  • sistema radiante a parete (sulla parete dispendente) To = circa 20,7 °C.

E in pieno inverno?

Se ripetiamo lo stesso ragionamento con temperatura esterna di 0°C otteniamo:

  • radiatori: To = circa 18,8 °C
  • sistema radiante a pavimento: To = circa 20,0 °C
  • sistema radiante a parete (sulla parete dispendente) To = circa 20,6 °C.

Ecco spiegato con i numeri perchè anche se il termostato mostra 20°C e il sistema di emissione (radiatore oppure fan-coil) è acceso posso percepire una sensazione di freddo: il contributo della temperatura superficiale della parete disperdente influisce negativamente sulla sensazione di comfort. Nelle stesse condizioni in caso di sistema radiante riuscirò a mitigare il contributo della superficie disperdente attraverso il riscaldamento omogeno delle superfici.