Autore: reparto tecnico Mycond
La mancanza di un approccio sistemico alla normazione dell’umidità nella progettazione di edifici di diversa destinazione porta a errori ingegneristici critici: sottovalutazione dei carichi igrometrici, assenza di zonizzazione in base ai parametri di umidità e applicazione di soluzioni uniformi laddove è necessario un approccio differenziato. Ne conseguono condensa sulle superfici fredde, sviluppo di microrganismi, danneggiamento di strutture e materiali, nonché alterazioni dei processi tecnologici.
Natura fisica dell’umidità e suo impatto sui materiali
L’umidità relativa (UR) è definita come il rapporto fra la pressione parziale del vapore acqueo e la pressione del vapore saturo alla temperatura considerata. L’umidità assoluta esprime la massa di vapore acqueo per unità di volume d’aria (g/m³). All’aumentare della temperatura dell’aria cresce la sua capacità di trattenere umidità, principio fondamentale della termodinamica.
Per illustrare la metodologia di calcolo del punto di rugiada, consideriamo aria a 24°C e 50% di UR. La pressione parziale del vapore in tali condizioni è circa 1,4 kPa. Il punto di rugiada è la temperatura alla quale l’aria diventa satura di vapore d’acqua a pressione parziale costante. Con i parametri indicati, il punto di rugiada è circa 13°C. Ciò significa che se una superficie ha temperatura inferiore a 13°C, su di essa si verificherà condensa. Questi parametri sono riportati per comprendere la fisica; in un progetto reale si utilizzano i dati progettuali effettivi.
Materiali igroscopici come legno, carta e tessili cambiano le proprie proprietà in funzione del livello di umidità. Dalla pratica ingegneristica risulta che il legno può variare le dimensioni lineari dello 0,1-0,3% al variare dell’umidità relativa del 10%, con dipendenza specifica dal tipo di legno e dall’orientamento delle fibre.
L’umidità influisce sensibilmente sulla velocità di corrosione dei metalli. Al di sopra di una certa soglia di UR si forma sulla superficie metallica una pellicola d’acqua invisibile che accelera i processi corrosivi. Nell’elettronica, un’umidità eccessiva può causare non solo corrosione dei contatti, ma anche correnti di fuga.
Quadro normativo per i requisiti di umidità degli ambienti
Gli standard moderni classificano i parametri dell’ambiente interno per categorie di qualità. Secondo EN 16798-1:2019, gli ambienti sono suddivisi in quattro classi (da I a IV) in funzione del livello di comfort e qualità dell’aria atteso. Per gli ambienti di classe I lo standard stabilisce requisiti più severi per il microclima, inclusi intervalli più ristretti di umidità relativa.
ASHRAE Standard 55-2020 considera l’umidità come uno dei fattori che determinano il comfort termico, ma non stabilisce requisiti separati per l’umidità relativa, concentrandosi invece su un approccio complessivo al comfort termico.
ISO 7730:2005 include raccomandazioni dettagliate sul comfort termico, considerando diversi fattori, tra cui l’umidità, e propone la metodologia di calcolo degli indici PMV (voto medio previsto) e PPD (percentuale prevista di insoddisfatti).
Per illustrare l’influenza della temperatura sull’umidità assoluta: supponiamo un’umidità relativa del 50% a 20°C, corrispondente a circa 8,7 g/m³ di umidità assoluta. Se aumentiamo la temperatura a 25°C, mantenendo la stessa umidità assoluta, l’umidità relativa scenderà a circa il 40%. Ciò dimostra l’importanza di considerare l’umidità assoluta per i sistemi di ventilazione nel progetto: i calcoli vanno eseguiti con i parametri effettivi.
La scelta dei parametri di progetto si basa spesso su approcci statistici. In molti Paesi si adotta una metodologia che definisce i parametri non superati per una certa percentuale di tempo (ad esempio 99% per i parametri critici). Ciò consente di ottimizzare il rapporto tra affidabilità ed efficienza economica del sistema.
Requisiti di umidità per edifici commerciali
Nella pratica progettuale per gli uffici si considerano spesso intervalli di umidità relativa del 30-60%. I limiti specifici sono fissati dal progettista in base alle normative, alle apparecchiature e alle condizioni di esercizio. Con bassa umidità (inferiore al 30%) aumenta il rischio di elettricità statica e il disagio dovuto all’eccessiva secchezza delle mucose. Con alta umidità (superiore al 60%) cresce il rischio di sviluppo di microrganismi e muffe.
Per illustrare la metodologia di calcolo dei carichi igrometrici, consideriamo un ufficio ideale di 200 m² con 20 dipendenti. L’emissione di vapore di una persona in attività leggera d’ufficio è circa 50-70 g/ora. Con aria esterna a 30°C e 70% di UR (umidità assoluta circa 18,9 g/m³) e parametri interni 24°C, 50% (umidità assoluta circa 10,8 g/m³), ogni metro cubo d’aria immesso dal sistema di ventilazione comporta un carico di deumidificazione aggiuntivo di circa 8,1 g/m³. Questo esempio mostra l’approccio al calcolo; la metodologia si applica con i dati reali di progetto.
Negli uffici il carico di umidità principale proviene spesso dall’aria esterna, soprattutto nei periodi caldi e umidi.
I centri commerciali presentano importanti differenze zonali nei requisiti di umidità. Particolarmente critiche sono le aree alimentari con banchi frigoriferi aperti, dove un controllo insufficiente dell’umidità può portare a condensa sulle superfici fredde. La fisica della condensa è spiegata dal raggiungimento del punto di rugiada: se la temperatura della superficie è inferiore al punto di rugiada dell’aria, la condensa è inevitabile.
Negli hotel si riscontrano emissioni di umidità significative in cucine e lavanderie per via dei processi tecnologici. Anche le sale conferenze sono impegnative per l’elevata densità di affollamento e l’uso intermittente. Un errore progettuale tipico è la sottovalutazione dei carichi di picco e l’assenza di zonizzazione in base ai parametri di umidità.
Gli edifici polifunzionali con zone differenti (uffici, ristoranti, aree commerciali) richiedono un approccio differenziato al controllo dell’umidità: un unico sistema spesso non è in grado di garantire condizioni ottimali per tutte le zone.
Requisiti di umidità per siti industriali
La produzione farmaceutica presenta alcuni dei requisiti più severi per i parametri del microclima. Secondo ISO 14644-1:2015, le camere bianche sono classificate in base al numero e alla dimensione delle particelle nell’aria. In base al GMP Annex 1 (2020), per la produzione asettica di medicinali sterili sono stabiliti ulteriori requisiti di purezza microbiologica.
Nella pratica farmaceutica si riscontrano intervalli di tolleranza dell’umidità relativa di ±5%. I valori specifici sono determinati dal progettista in base ai requisiti del processo. La stabilità dei parametri è particolarmente critica nella produzione di polveri igroscopiche, dove anche lievi fluttuazioni di umidità possono influire sulla qualità del prodotto.
Per illustrare il calcolo, consideriamo un locale di classe C (secondo GMP) di 50 m² con UR normata 45±5%. In presenza di apparecchiature tecnologiche con emissione termica di 5 kW e emissione di umidità di 0,5 kg/ora, e con un ricambio d’aria di 20 volumi/ora, il sistema deve garantire una deumidificazione di circa 0,5 g/m³. Il calcolo illustra la metodologia; in progetto tutti i dati sono tratti dal capitolato tecnico.
L’industria alimentare presenta requisiti di umidità variabili in funzione delle specificità del processo. Nei reparti di essiccazione è fondamentale mantenere bassa l’umidità per favorire l’eliminazione dell’acqua dal prodotto. La fisica del processo si basa sulla differenza di pressione parziale del vapore acqueo: esso migra dal mezzo con pressione parziale più elevata (prodotto) a quello con pressione più bassa (aria).
Nei panifici i requisiti tecnologici di umidità dell’aria dipendono dal tipo di prodotto: per alcuni è richiesta un’umidità elevata per evitare un eccessivo essiccamento della superficie.
I magazzini per lo stoccaggio di alimenti richiedono il controllo dell’umidità per prevenire lo sviluppo di microrganismi e il deterioramento dei prodotti. Ciò è particolarmente vero per le celle frigorifere, dove la condensa può diventare un problema serio a causa delle basse temperature delle superfici.
Nella produzione di elettronica e semiconduttori, i fattori chiave sono la prevenzione dell’elettricità statica e la garanzia della precisione dei processi. I processi di fotolitografia richiedono un controllo rigoroso dell’umidità, poiché deviazioni possono generare difetti con notevoli conseguenze economiche.
Nell’industria tessile l’umidità incide sulla resistenza delle fibre e sulla loro rottura durante la lavorazione. Un’umidità inferiore aumenta le cariche elettrostatiche e la rottura delle fibre.
L’industria del legno necessita di mantenere l’umidità di equilibrio del materiale in funzione delle condizioni d’uso finale del prodotto. Un’umidità non adeguata può portare a deformazioni dei manufatti.
Requisiti di umidità per edifici istituzionali
I locali ospedalieri di diversa destinazione hanno requisiti di microclima differenti. Per le sale operatorie, secondo ANSI/ASHRAE/ASHE Standard 170-2017 sono previsti intervalli di UR 20-60% a seconda del tipo di intervento. Nella pratica progettuale ospedaliera si utilizza spesso un intervallo più ristretto 40-60% per minimizzare i rischi associati sia a bassa che ad alta umidità. I valori specifici sono definiti dal progettista in funzione delle normative del Paese, del tipo di operazioni e della specificità delle apparecchiature.
Con bassa umidità aumenta il rischio di elettricità statica, pericolosa in un ambiente saturo di ossigeno e anestetici. L’alta umidità favorisce lo sviluppo di microrganismi. Il bilanciamento ottimale è un compromesso tra questi rischi.
Per illustrare, consideriamo un blocco operatorio di 40 m² con ricambio d’aria normato 15-20 volumi/ora. In presenza di 6 persone (équipe chirurgica), illuminazione e apparecchiature con emissione termica complessiva di circa 3 kW, il sistema deve garantire non solo il raffrescamento, ma anche il mantenimento dell’UR nell’intervallo definito dai documenti normativi.
Gli istituti scolastici richiedono un equilibrio tra comfort degli studenti ed efficienza economica dei sistemi. Una bassa umidità può causare disagio e maggiore suscettibilità alle infezioni respiratorie, mentre un’alta umidità favorisce lo sviluppo di microrganismi.
Musei e archivi hanno requisiti specifici di umidità per la conservazione dei beni. Secondo la conservazione museale, per la maggior parte dei documenti cartacei e dei dipinti si raccomanda un’UR tra 45-55%. Tipologie diverse di reperti possono avere requisiti differenti, per cui è spesso necessaria una zonizzazione per tipologia di collezione.
I meccanismi fisici di danno dovuti a un controllo inadeguato dell’umidità includono:
- Sollecitazioni cicliche nei materiali igroscopici dovute alle fluttuazioni di umidità
- Sviluppo di muffe con umidità superiore al 65-70% per periodi prolungati
- Corrosione degli elementi metallici
- Degradazione dei materiali organici per idrolisi in condizioni di alta umidità
Requisiti di umidità per impianti sportivi
Nella pratica progettuale delle piscine coperte si riscontrano intervalli di UR del 50-65%. I valori specifici dipendono dal tipo di piscina, dalle apparecchiature e dalle norme del Paese. La fisica dell’evaporazione dalla superficie dell’acqua è descritta dalle equazioni di trasporto di massa e dipende dalla differenza di pressione parziale del vapore tra superficie dell’acqua e aria, nonché dalla velocità dell’aria sopra la superficie.
Per illustrare il calcolo dell’evaporazione, consideriamo una piscina di 300 m² con acqua a 27°C e aria a 29°C al 60% di UR. Secondo VDI 2089, l’intensità di evaporazione in assenza di bagnanti è circa 10-15 kg/ora, e durante l’uso attivo può salire a 40-50 kg/ora. La metodologia va applicata con i dati effettivi del progetto specifico.
Per prevenire la condensa sulle superfici fredde (finestre, strutture metalliche) la temperatura di tali superfici deve essere superiore al punto di rugiada dell’aria. In alternativa, si può ridurre il contenuto di umidità dell’aria per abbassare il punto di rugiada.
I centri SPA e le palestre hanno specificità proprie. Le aree SPA con diverse procedure (saune, bagni turchi, docce) richiedono zonizzazione per parametri di umidità. Le palestre, con elevata intensità dell’attività fisica, generano notevoli quantità di umidità dalle persone.
Le piste di ghiaccio rappresentano una sfida particolare per l’elevato gradiente di temperatura tra superficie ghiacciata e area spettatori. Un controllo insufficiente dell’umidità può portare alla formazione di nebbia sul ghiaccio e condensa sulle strutture.
Specificità dell’umidità per i data center
Secondo le raccomandazioni ASHRAE TC 9.9 (2016), per le apparecchiature di classe A1 è previsto un intervallo di UR del 20-80%. Nella pratica progettuale dei data center si adottano intervalli più conservativi, dipendenti dai requisiti dei produttori e dalla classe di affidabilità del centro.
I fattori chiave nella definizione dei requisiti di umidità sono:
- Prevenire l’elettricità statica a bassa umidità, che può danneggiare l’elettronica sensibile
- Evitare la condensa ad alta umidità
- Garantire l’affidabilità di funzionamento delle apparecchiature
- Minimizzare il consumo energetico dei sistemi di climatizzazione
Le tendenze attuali nella progettazione dei data center prevedono l’ampliamento degli intervalli di umidità ammessi ai fini del risparmio energetico, ma entro limiti che garantiscano il funzionamento sicuro delle apparecchiature.
Requisiti di umidità per edifici residenziali
Per gli edifici residenziali, nella pratica si considerano intervalli di UR del 30-60%. I valori specifici dipendono dalle norme del Paese, dalla zona climatica e dalla stagione. Nel periodo invernale, a causa del riscaldamento senza adeguata umidificazione, l’UR può scendere sotto il 30%, causando disagio e problemi di salute per gli occupanti.
L’impatto dell’umidità sulla salute degli abitanti è multiforme. Un’atmosfera troppo secca (UR inferiore al 30%) può causare irritazione delle mucose, maggiore suscettibilità alle infezioni respiratorie e riacutizzazioni allergiche. Un’alta umidità (oltre il 60% UR) crea condizioni favorevoli alla proliferazione di acari della polvere, funghi e batteri, con possibili reazioni allergiche e malattie respiratorie.
Le principali fonti domestiche di umidità sono:
- Cottura dei cibi (1-2 kg/giorno)
- Lavaggio e asciugatura della biancheria (2-4 kg/giorno)
- Docce (0,5-1 kg/persona)
- Respirazione e sudorazione umana (0,5-1,5 kg/persona/giorno a seconda dell’attività)
- Piante d’appartamento (variabile a seconda di specie e quantità)
Metodologia di calcolo e zonizzazione
Nella progettazione dei sistemi di controllo dell’umidità è importante rispettare una gerarchia di requisiti:
- Requisiti tecnologici (critici per i processi produttivi)
- Requisiti normativi (stabiliti da standard e regolamenti edilizi)
- Requisiti di comfort (per gli occupanti)
Il calcolo dei carichi igrometrici tiene conto di:
- Umidità introdotta con l’aria esterna (dipende da temperatura, umidità e portata d’aria)
- Sorgenti interne di emissione di umidità (persone, apparecchiature, processi tecnologici)
- Assorbimento o rilascio da parte dei materiali (materiali igroscopici)
La potenza dei sistemi di deumidificazione deve essere definita includendo coefficienti di sicurezza, dipendenti dal grado di incertezza dei dati di input e dalla criticità del mantenimento dei parametri.
I principi di zonizzazione prevedono la suddivisione in zone separate, con controllo indipendente, dei locali con requisiti di umidità simili. Le soluzioni tecniche possono includere:
- Deumidificatori locali per zone critiche
- Sistemi centralizzati con terminali locali
- Sistemi con ricircolo per ridurre l’influenza dell’aria esterna
Errori tipici nella normazione dell’umidità e nell’esercizio
Un approccio universale a tutti i locali dell’edificio senza considerarne le specificità è uno degli errori più comuni. Ogni zona con requisiti particolari di umidità deve essere considerata separatamente.
La sottovalutazione dei carichi igrometrici, specialmente dovuti ai processi tecnologici e all’aria esterna nel periodo umido, porta a un funzionamento inefficiente dei sistemi e al mancato rispetto dei parametri di progetto.
Gli errori operativi sono spesso legati a modalità errate di funzionamento dei sistemi di ventilazione e climatizzazione, ad esempio eccessivo raffrescamento senza adeguato controllo dell’umidità o ricircolo insufficiente nei periodi di alta umidità esterna.
Errori nella misurazione dell’umidità possono derivare da posizionamento errato dei sensori, mancata calibrazione o insufficiente precisione.
Conseguenze operative di un controllo dell’umidità inadeguato
Un’eccessiva umidità può portare a:
- Condensa su superfici fredde (tubazioni, finestre, strutture metalliche)
- Corrosione di elementi metallici strutturali, apparecchiature e impianti
- Proliferazione di microrganismi (batteri, funghi, muffe) con effetti negativi sulla salute
- Danneggiamento dei materiali di finitura e degli interni
- Alterazioni dei processi tecnologici (specialmente in ambito produttivo)
Un’umidità insufficiente può causare:
- Disagio e problemi di salute (secchezza delle mucose, irritazione delle vie respiratorie)
- Elettricità statica con rischi per le apparecchiature elettroniche e disagio per le persone
- Danni meccanici ai manufatti in legno per ritiro
- Aumento della polverosità (l’aria secca favorisce il sollevamento e il trasporto di polveri)
Le conseguenze economiche includono maggiori costi di riparazione, sostituzione delle apparecchiature, perdite per scarti di produzione e riduzione della produttività.
Sistemi di controllo dell’umidità
Sistemi efficaci di controllo dell’umidità si basano su sensori precisi e affidabili. I sensori di umidità moderni si dividono in diversi tipi: capacitivi, resistivi, a termistore e psicrometrici. Ogni tipo ha vantaggi e svantaggi in termini di accuratezza, stabilità e costo.
L’accuratezza di misura è un fattore chiave, soprattutto per applicazioni critiche. Sensori di alta qualità garantiscono precisioni di ±2-3% UR, ma richiedono calibrazioni regolari.
Il sistema di regolazione deve consentire variazioni graduali della capacità per evitare oscillazioni dell’umidità. I sistemi moderni utilizzano algoritmi PID (proporzionale-integrale-derivativo) per un controllo preciso.
Conclusioni
Una corretta normazione dell’umidità è un aspetto critico della progettazione di edifici di diversa destinazione. I principi chiave da considerare sono:
- Approccio differenziato alle diverse zone dell’edificio in base alla loro funzione
- Considerazione sia dei requisiti tecnologici sia del comfort degli occupanti
- Comprensione dei principi fisici alla base dei processi di scambio di umidità
- Calcolo completo dei carichi igrometrici considerando tutte le sorgenti di umidità
- Scelta di soluzioni tecniche adeguate in funzione delle specificità dell’oggetto
Le raccomandazioni pratiche per i progettisti includono un’analisi dettagliata dei requisiti di ciascuna zona dell’edificio, l’uso di metodologie di calcolo moderne, l’applicazione dei principi di zonizzazione e l’assicurazione di un controllo adeguato del funzionamento dei sistemi. Nella scelta delle apparecchiature occorre considerare non solo la potenza frigorifera, ma anche la capacità di controllare efficacemente l’umidità.
La priorità deve essere sempre l’affidabilità e l’efficienza dei sistemi di controllo dell’umidità, soprattutto per applicazioni critiche, dove deviazioni dei parametri possono avere conseguenze gravi.
