Partiamo dalla risposta di chatGPT alla domanda: Cos’è l’umidità?

L’umidità è una misura della quantità di vapore d’acqua presente nell’aria o in una sostanza. Si tratta di una delle condizioni atmosferiche fondamentali e ha un impatto significativo sulla vita sulla Terra. L’umidità dell’aria è spesso espressa in termini di percentuale, rappresentando la quantità di vapore d’acqua presente rispetto alla massima quantità di vapore d’acqua che l’aria può contenere a una determinata temperatura e pressione.

L’umidità influisce sul clima, sul comfort umano e su vari aspetti della natura, inclusa la formazione delle nuvole e delle precipitazioni. Quando l’umidità è alta, l’aria può sentirsi più calda e può sembrare più pesante, mentre con un’umidità bassa, l’aria può sentirsi più fresca e secca. La misurazione dell’umidità relativa è comune per valutare il comfort termico e prevedere le condizioni meteorologiche.

L’umidità è un parametro importante in vari contesti, tra cui l’agricoltura, la meteorologia, la climatologia, l’industria e la scienza ambientale. La sua quantificazione è spesso effettuata utilizzando strumenti chiamati igrometri o psicrometri.

Per noi manutentori, specie di impianti HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning), l’umidità è un valore estremamente importante da monitorare.

Perchè sudiamo quando c’è molta umidità?

Sudiamo quando l’umidità è alta principalmente come parte del processo naturale di termoregolazione del corpo umano. La sudorazione è uno dei meccanismi che il nostro corpo utilizza per raffreddarsi quando si riscalda. Ecco come funziona:

1. Termoregolazione: Il corpo umano cerca costantemente di mantenere una temperatura interna stabile attorno ai 37 gradi Celsius (98.6 gradi Fahrenheit). Quando la temperatura corporea inizia a salire, il corpo attiva la sudorazione come meccanismo di raffreddamento.
2. Sudorazione: Le ghiandole sudoripare della pelle iniziano a produrre sudore, che è principalmente composto da acqua e sali. Quando il sudore evapora dalla superficie della pelle, assorbe calore dal corpo, contribuendo a raffreddare il corpo.
3. Umidità dell’aria: Quando l’umidità dell’aria è alta, cioè quando c’è già una notevole quantità di vapore d’acqua nell’aria, l’evaporazione del sudore è meno efficiente. Ciò è dovuto al fatto che l’aria umida può trattenere meno vapore d’acqua aggiuntivo rispetto all’aria secca. Quando l’aria è satura di umidità, cioè ha una percentuale di umidità relativa del 100%, il sudore non può evaporare efficacemente, e il corpo fatica a raffreddarsi.

Di conseguenza, quando è molto umido, spesso ci sentiamo più caldi e sperimentiamo una sensazione di disagio, perché il nostro corpo non riesce a raffreddarsi efficacemente attraverso la sudorazione. Questo è il motivo per cui molte persone sudano abbondantemente in condizioni di alta umidità, e ciò può portare a sensazioni di spossatezza e disagio. È importante idratarsi bene in queste condizioni e cercare di rimanere in un ambiente fresco o climatizzato per evitare problemi legati al surriscaldamento.

Cosa succede invece se l’aria in ambiente è troppo secca?

Quando l’aria è troppo secca, ovvero quando la percentuale di umidità relativa nell’aria è molto bassa, può verificarsi una serie di effetti negativi sul corpo umano, sugli oggetti e sull’ambiente circostante. Ecco alcuni degli effetti principali:

1. Disidratazione: L’aria secca può causare una maggiore perdita di umidità corporea attraverso la sudorazione e la respirazione, il che può portare a disidratazione se non si beve a sufficienza.
2. Irritazione delle vie respiratorie: L’aria secca può seccare le mucose delle vie respiratorie, causando tosse, mal di gola, congestione nasale e irritazione dei polmoni. Questo può essere particolarmente problematico per le persone con problemi respiratori preesistenti.
3. Pelle secca: L’aria secca può causare secchezza e prurito della pelle, labbra screpolate e mani secche. La pelle può diventare più suscettibile a screpolature e irritazioni.
4. Problemi agli occhi: L’aria secca può provocare irritazioni agli occhi, arrossamenti e secchezza oculare. Questo può essere fastidioso per chi indossa lenti a contatto.
5. Danneggiamento degli oggetti: L’aria secca può avere effetti negativi sugli oggetti, specialmente quelli sensibili all’umidità. Ad esempio, il legno può restringersi e deformarsi, mentre strumenti musicali come pianoforti e strumenti ad arco possono essere danneggiati.
6. Aumento della carica elettrostatica: In un ambiente molto secco, si può verificare un aumento della carica elettrostatica, che può causare scosse elettriche quando si toccano oggetti conduttori. Questo fenomeno è spesso noto come “scarica statica”.

Per affrontare l’aria troppo secca in ambienti interni, molte persone utilizzano umidificatori per aumentare la percentuale di umidità relativa nell’aria. Gli umidificatori rilasciano vapore acqueo nell’ambiente per aumentare l’umidità. Questo può contribuire a migliorare il comfort e ad alleviare alcuni dei problemi associati all’aria secca.

Chiarite queste due condizioni estreme, è facile capire il perchè sia necessario, per l’uomo, mantenere l’aria in ambiente a valori equilibrati.

Come abbiamo visto nell’articolo “Benessere ambientale e qualità dell’aria” l’umidità da mantenere in un ambiente, sia d’estate che d’inverno, deve essere di 50% UR (umidità relativa) UNI EN ISO 7730.

Spieghiamo ora le differenze tra le due principali unità di misura dell’umidità:

• Umidità assoluta
• Umidità relativa

L’umidità assoluta è una misura diretta della quantità di vapore d’acqua presente in un dato volume di aria o in una sostanza. Si esprime solitamente in grammi di vapore d’acqua per metro cubo (g/m³) o in altre unità di massa e volume.

A differenza dell’umidità relativa, che esprime la quantità di vapore d’acqua presente nell’aria rispetto alla quantità massima che l’aria potrebbe contenere a una determinata temperatura e pressione (espressa come percentuale), l’umidità assoluta fornisce una misura quantitativa della quantità reale di vapore d’acqua presente nell’aria, indipendentemente dalla sua capacità massima.

L’umidità assoluta è spesso utilizzata in applicazioni scientifiche e tecniche dove è importante conoscere la quantità esatta di vapore d’acqua nell’aria, ad esempio in ambito meteorologico per calcolare la quantità di precipitazioni o in applicazioni industriali per monitorare e controllare processi di umidificazione e deumidificazione.

La formula per calcolare l’umidità assoluta è la seguente:

Umidità Assoluta (g/m³) = Massa del Vapore d’Acqua (g) / Volume dell’Aria (m³)

Dove la massa del vapore d’acqua può essere ottenuta misurando direttamente la quantità di vapore d’acqua presente nell’aria, ad esempio utilizzando un igrometro, e il volume dell’aria è il volume del campione d’aria in esame.

L’umidità relativa è una misura della quantità di vapore d’acqua presente nell’aria rispetto alla massima quantità di vapore d’acqua che l’aria potrebbe contenere a una determinata temperatura e pressione. Si esprime solitamente in percentuale ed è un parametro importante per descrivere la condizione dell’umidità atmosferica.

L’umidità relativa varia in base alle condizioni meteorologiche e climatiche. Ad esempio, quando l’umidità relativa è al 100%, significa che l’aria è completamente satura di vapore d’acqua e che non può contenere più umidità a quella temperatura specifica. Quando l’umidità relativa è inferiore al 100%, l’aria contiene meno vapore d’acqua rispetto alla sua capacità massima a quella temperatura.

L’umidità relativa ha un impatto significativo sul comfort termico delle persone e sulla formazione delle condizioni meteorologiche. Quando l’umidità relativa è alta, l’aria può sentirsi più calda e umida, mentre quando è bassa, l’aria può sentirsi più secca e fresca.

L’umidità relativa è comunemente misurata con strumenti chiamati igrometri, che possono essere utilizzati in ambienti interni o in applicazioni meteorologiche per monitorare e registrare l’umidità. È un parametro importante nella previsione del tempo, poiché l’umidità relativa influisce sulla formazione delle nuvole e sulle condizioni meteorologiche, come le precipitazioni e le tempeste. Inoltre, è rilevante in numerose applicazioni industriali, agricole e scientifiche.

Parliamo ora di due processi che vengono applicati nel condizionamento degli ambienti in ambito impiantistico:

• Umidificazione
• Deumidificazione

Nella maggior parte dei casi, questi due processi vengono svolti dalle Unità di Trattamento Aria (UTA)

L’umidificazione:

Partiamo sempre dalla condizione che abbiate una regolazione impostata sull’umidità al 50%UR.

Quando la sonda igrometrica posizionata sul canale di ripresa dell’aria (aria espulsa dall’ambiente da climatizzare) legge un valore di 30%UR, si attiva il processo di umidificazione.

I metodi per umidificare l’aria sono molteplici, ma prendiamo forse il più comune ed il più economico ma il meno idoneo per la mitigazione della legionella: “l’umidificazione a getto”.

Cito velocemente l’umidificazione a vapore, valida per mitigare il rischio legionellosi, ma costosa per l’energia necessaria alla produzione di vapore.

Questo sistema di umidificazione funziona spruzzando o erogando acqua sotto forma di piccole gocce all’interno dell’UTA per aumentare l’umidità dell’aria che viene distribuita negli ambienti.

L’obiettivo di questo processo è aumentare l’umidità relativa dell’aria trattata in modo da raggiungere i livelli desiderati per il comfort e la salute umana, nonché per il controllo delle condizioni ambientali in ambienti industriali o commerciali.

La sonda igrometrica fa aprire una elettrovalvola di una tubazione d’acqua e l’umidificatore inizia a far gocciolare acqua dentro il comparto di umidificazione dell’UTA.

In questo modo, l’aria che verrà immessa in ambiente verrà “caricata” di vapor acqueo e quindi aumenta il suo valore di %UR. Al raggiungimento del setpoint di 50%UR l’elettrovalvola dell’acqua si chiuderà, interrompendo il passaggio dell’acqua.

La deumidificazione:

Qui il processo, purtroppo per voi, si complica.

Partiamo con il capire cos’è la condensazione:

La condensazione è il processo fisico in cui il vapore d’acqua, in forma di gas, si trasforma in liquido quando perde calore. Questo fenomeno avviene quando l’aria umida, contenente vapore d’acqua, viene raffreddata al di sotto del suo punto di rugiada. Il punto di rugiada è la temperatura alla quale l’aria diventa satura di umidità e il vapore d’acqua inizia a condensare in gocce d’acqua o in forma di rugiada.

Ecco come funziona il processo di condensazione:

1. Raffreddamento dell’aria: Quando l’aria calda e umida si raffredda, per esempio quando entra in contatto con una superficie più fredda o quando si espande nell’ambiente, la sua capacità di trattenere il vapore d’acqua diminuisce. Questo è il risultato del fatto che l’aria fredda ha una capacità di contenere meno umidità rispetto all’aria calda.
2. Saturazione: Quando l’aria si raffredda al di sotto del suo punto di rugiada, raggiunge il livello di saturazione, il che significa che non può più trattenere tutto il vapore d’acqua che contiene.
3. Condensazione: Il vapore d’acqua presente nell’aria si trasforma in gocce d’acqua o si deposita come rugiada su superfici fredde. Questo processo è ciò che vediamo come la formazione di gocce d’acqua su superfici fredde, come il vetro di una finestra in una mattina fredda o il raffreddamento di aria umida all’interno di una superficie di raffreddamento, come nel processo di deumidificazione di un condizionatore d’aria.

Osservando lo schema interno dell’UTA, parliamo quindi di batteria di raffrescamento, dove d’estate, facciamo passare acqua refrigerata.

La batteria di raffrescamento altro non è che il corpo freddo sul quale togliamo l’umidità all’aria.

E’ importante quindi capire che, la temperatura che impostiamo sulla batteria del freddo, NON DEVE ESSERE quella che vogliamo per l’aria che andremo ad immettere in ambiente.

Il setpoint corretto della batteria di raffrescamento è quello di una temperatura di saturazione o di ruggiada per togliere l’umidità sino al raggiungimento dei famosi 50%UR.

A questo punto, continuando ad osservare lo schema della foto, capiamo che l’aria a temperatura di saturazione sarebbe troppo fredda per essere immessa direttamente in ambiente, e quindi deve essere riscaldata dalla batteria di post-riscaldamento che è invece attraversata da acqua calda.

Dal processo di deumidificazione spero sia chiara la necessità di dover avere in estate, sulle UTA, due fonti di energia attive:

• L’acqua refrigerata
• L’acqua calda

Il diagramma psicometrico

Il diagramma psicrometrico è uno strumento grafico utilizzato per rappresentare le proprietà dell’aria umida in relazione a temperatura, umidità relativa, punto di rugiada e altre grandezze termodinamiche.

Questo diagramma è ampiamente utilizzato nell’ambito dell’ingegneria termica, dell’HVAC, e della climatizzazione per comprendere e analizzare le condizioni dell’aria in ambienti interni o per progettare sistemi di condizionamento dell’aria. Ecco come si legge un diagramma psicrometrico:

1. Asse delle ordinate (Y): L’asse delle ordinate rappresenta la temperatura dell’aria secca in gradi Celsius (°C). L’aria secca è l’aria senza il contenuto di umidità, cioè il vapore d’acqua.
2. Asse delle ascisse (X): L’asse delle ascisse rappresenta l’umidità specifica o l’umidità assoluta dell’aria. L’umidità specifica è la quantità di vapore d’acqua contenuta nell’aria secca in grammi di acqua per chilogrammo di aria secca.
3. Curve di temperatura dell’aria secca: Le curve inclinate dal basso verso l’alto rappresentano le diverse temperature dell’aria secca. Ogni curva rappresenta una temperatura specifica. Per leggere la temperatura, inizia dal punto in cui attraversi la curva di umidità specifica desiderata e quindi segui la curva orizzontalmente fino a incontrare l’asse delle ordinate.
4. Curve di umidità relativa costante: Le curve orizzontali rappresentano linee di umidità relativa costante. Ogni curva rappresenta un valore specifico di umidità relativa (spesso etichettato in percentuale).
5. Linea del punto di rugiada: La linea del punto di rugiada è una curva speciale che rappresenta la temperatura alla quale l’aria diventerebbe completamente satura, cioè avrebbe un’umidità relativa del 100%. È la temperatura alla quale inizia la condensazione.

Per leggere un diagramma psicrometrico, segui quindi questi passaggi:

1. Trova il valore dell’umidità relativa o l’umidità specifica dell’aria di interesse sulla scala delle ascisse (X).
2. Segui questa linea orizzontalmente fino a intersecare la curva di temperatura dell’aria secca corrispondente.
3. Da questo punto, segui la curva di temperatura verso l’asse delle ordinate (Y) per leggere la temperatura dell’aria secca.

Un diagramma psicrometrico ti permette di comprendere le relazioni tra temperatura, umidità relativa e umidità specifica e aiuta nella progettazione e nell’analisi di sistemi di condizionamento dell’aria.

Facciamo l’esempio di una calda giornata estiva con 33°C ed una umidità di 60%UR (misuratela con un termoigrometro o con una sonda termoigrometra)

Come trovare la temperatura di ruggiada per fare condensare l’umidità?

Quale temperatura deve avere il corpo freddo (la batteria del freddo dell’UTA)?

Troviamo la temperatura esterna sull’asse Y. (33°C)

Saliamo con una linea verticale sino ad incrociare la curva relativa all’umidità relativa (60% UR)

Spostiamoci ora sulla sinistra con una linea orizzontale sino a raggiungere la linea del punto di ruggiada

Scendiamo ora con una linea verticale e torniamo sull’asse Y

La temperatura che andremo a leggere è la temperatura di saturazione (24,10°C)

Riassumiamo:

L’aria a 33°C con una umidità di 60% se incontra un corpo freddo a 24,10°C inizia a condensare e perdere umidità.

Per rendervi le cose più semplici, esistono dei diagrammi psicometrici on line (Es: clicca qui) dove posizionando il cursore su temperatura e umidità, vi saranno restituiti tutti i valori necessari per un’analisi completa dell’aria.

Capiamo da questa condizione fisica che la deumidificazione dovrebbe, in teoria, avvenire all’interno dell’UTA, ma può avvenire tranquillamente in un qualsiasi condizionatore (corpo freddo) che sia esso uno split, un’unità interna di un VRV/VRF, un fan coil. Tutte queste apparecchiature sono infatti dotate di vaschette di raccolta dell’acqua di condensa collegate ad uno scarico.

Ma perchè proprio l’UTA è dedicata alla deumidificazione?

L’UTA ha un valore dedicato espressamente alla temperatura del “corpo freddo”. Nei suoi apparati di regolazione infatti troverete sempre un valore non impostabile chiamato “temperatura di saturazione”. Questa temperatura è la temperatura della batteria di raffrescamento che “insegue” letteralmente, con un sistema di automazione, la temperatura di ruggiada rilevata da una sonda termoigrometrica posizionata sul canale di ripresa.

Cosa succede quindi?

Impostiamo nel set point di umidità il classico 50%UR

La sonda termoigrometrica di misura temperatura ed umidità nel canale dell’aria di ripresa dell’ambiente, calcola quindi la temperatura necessaria alla condensazione, regola la batteria di raffrescamento a quella temperatura e l’umidità inizia a scendere.

La sonda rileva via via temperatura ed umidità in ambiente e, sin che non legge un’umidità del 50%, continuerà a far condensare l’aria regolando la temperatura della batteria di raffrescamento.

La batteria di post-riscaldo compenserà la differenza tra la temperatura del set point dell’aria di mandata e la temperatura di saturazione.

Possiamo quindi dire che l’UTA ha un controllo di deumidificazione, tutto il resto, fa una deumidificazione incontrollata

Ma facciamoci ora un piccolo giro nel sito:

Nell’articolo “Gli impianti di riscaldamento” abbiamo detto infatti, come una caldaia a servizio di post-riscaldamento, è esente dalle date e dagli orari della stagione termica.

Nell’articolo “Benessere ambientale e qualità dell’aria” invece, abbiamo già accennato alla necessità del controllo dell’umidità nel rispetto delle indicazioni fornite dalla UNI EN ISO 7730

Negli articoli scritti da Roberta: “Certificati energetici” e “Procedure ambientali valutative e autorizzative” abbiamo visto come è importante limitare le emissioni di CO2 in atmosfera e, come questo, sia anche riconosciuto a livello economico dalla comunità.

Nell’articolo su “La legionella” abbiamo letto quanto potrebbe essere pericolosa l’inalazione per aerosol dell’acqua di umidificazione

Per chiudere il cerchio di una realtà dei fatti che andrò qui sotto a definire, aggiungiamo il costo di produzione dell’energia.

Ed ecco quindi cosa avviene nella maggior parte dei casi nelle conduzioni di impianti HVAC:

L’umidità NON viene controllata nelle UTA, perchè si preferisce spegnere le caldaie nella stagione estiva se non strettamente necessario (Come ad esempio nei CED, in strutture di lusso, nelle camere bianche o altri processi produttivi). Inoltre, per evitare il rischio legionellosi dell’umidificazione invernale, si preferisce chiudere l’acqua di umidificazione.

FATE MOLTA ATTENZIONE alla regolazione dell’aria ambiente in estate perchè, se non avete la batteria di post-riscaldo attiva (caldaia spenta), la temperatura dell’aria immessa sarà quella richiesta dalla regolazione dell’umidità (temperatura di saturazione)

Chiudo l’argomento umidità con questo video “clicca qui“