L’interpolazione dei dati come strumento per ridurre le tempistiche di rilevazione dei parametri microclimatici: applicazione del metodo sul campo (AIDII 2021)

Introduzione

Le tempistiche di misura nell’ambito degli accertamenti tecnici di stress termico e comfort microclimatico sono pesantemente influenzate dal tempo di risposta della strumentazione normalmente adottata in questo contesto [UNI EN ISO 7726, 2002]. L’aderenza alla normativa tecnica internazionale comporta una frequenza di misurazioni molto bassa, dell’ordine di 2/h, che in alcuni casi può essere necessario ridurre a un rilievo all’ora [Oliveira AVM et al, 2019]. Ad oggi la maggior parte del tempo impiegato per lo svolgimento di un’indagine microclimatica può essere considerata improduttiva perché spesa in tempo di adattamento delle sonde, fino a quasi il 75% del tempo totale. La crescente esigenza di accertamenti tecnici in questo settore impone però una maggior efficienza in termini produttivi, senza che l’attendibilità delle stime delle grandezze fisiche sotto esame ne risentano in modo evidente. Con questo obiettivo è stato presentato un metodo che al momento permette di ridurre i tempi di misura di circa la metà [Gambino et al, 2019], testato in particolare nella stima della temperatura di globotermometro, dato il lungo tempo di risposta del sensore.

Il presente studio ha il duplice scopo di estendere il metodo del fitting alla stima di grandezze fisiche quali temperatura dell’aria e umidità relativa, per cui i sensori possono avere costanti di tempo comunque non trascurabili, e di restituire i risultati estrapolati da 47 rilievi eseguiti su quattro giorni di indagini.

Materiali e Metodi

Il metodo del fitting permette di prevedere, attraverso l’utilizzo dell’interpolazione dei dati collezionati nei primi minuti del rilievo, le stime delle grandezze fisiche determinate dai sensori dopo il tempo di rilassamento proprio di ogni sonda e che dipende anche dalle particolari condizioni di ogni situazione espositiva. L’algoritmo utilizza l’equazione che governa l’acclimatamento in sistemi stazionari [INAIL, 2018]:

per stimare i tre parametri liberi del sistema, in particolare il parametro X₂ che rappresenta il valore della grandezza fisica X all’equilibrio con l’ambiente, interpolando i dati restituiti dalla sonda nei primi minuti del tempo di adattamento. Questa procedura è compiuta per ognuno dei 47 rilievi, per le grandezze fisiche temperatura di globotermometro (T_g), temperatura dell’aria (T_a) e umidità relativa (Rh), al variare dell’intervallo di fitting dall’istante iniziale fino a un tempo finale pari a 720 secondi (12 minuti), con durata minima pari a 300 secondi. In Figura 1 si riporta il confronto grafico tra campioni raccolti in un singolo rilievo (rappresentati dai punti) e le rette di tendenza tracciate a partire dai parametri calcolati in uno dei fit eseguiti sui dati collezionati.

Risultati e Discussione

Gli esiti dell’applicazione dell’algoritmo di fitting sono stati confrontati con la media aritmetica calcolata sugli ultimi minuti di ogni rilievo, ovvero successivamente al raggiungimento dell’equilibrio termico da parte delle sonde: l’esito dell’interpolazione è considerato positivo se la differenza tra media e valore previsto è inferiore a 0.2 °C per T_a e T_g, 2% per Rh.

La procedura approntata ha permesso di eseguire in totale 2990 interpolazioni per ognuna delle 3 grandezze fisiche considerate, con una media di circa 64 fit portati a termine per ogni rilievo. In Tabella 1 è riassunto l’esito del confronto dei risultati con le medie aritmetiche: per le grandezze T_a e T_g, in 44 rilievi su 47 è stato possibile trovare almeno un esito ottenuto con il metodo del fitting che potesse essere considerato positivo. La verifica a posteriori dell’andamento dei rilievi con esito negativo ha mostrato andamenti non stazionari della grandezza fisica in osservazione. Nel caso dell’umidità relativa, nella totalità dei rilievi almeno un’interpolazione ha portato a risultati accettabili per i limiti imposti. Si segnala inoltre che per alcuni rilievi (9 nel caso della temperatura di globo e 8 per l’umidità relativa) la quasi totalità dei fit portati a termine ha restituito esiti compatibili a quelli ottenuti con procedura standard.

Conclusioni

L’applicazione del metodo di interpolazione proposto per la riduzione delle tempistiche di misura della temperatura di globotermometro risulta essere applicabile anche per la previsione di altre grandezze fisiche quali temperatura e umidità relativa dell’aria. Secondo lo studio eseguito su 47 casi reali, solo in alcune situazioni circoscritte la procedura di fitting risulta inapplicabile, ovvero quelle in cui non sono rispettate le condizioni di stazionarietà richieste dal metodo; queste ultime sono tuttavia requisito fondamentale della valutazione degli indici di stress o comfort termico mediante misurazione dei parametri fisici di un ambiente.

I risultati di questo studio indicano che con una misurazione di durata pari a 12 minuti, il metodo dell’interpolazione può fornire una previsione accurata dei parametri microclimatici. Gli esiti indicano inoltre che la procedura al momento non può essere utilizzata in modo acritico: il fit deve essere effettuato su diversi set di campioni, registrati nei primi 12 minuti di adattamento della sonda, per determinare il valore previsionale più corretto.

Bibliografia

[1] Oliveira AVM, Raimundo AM, Gaspar AR, Quintela DA, 2019. Globe temperature and its measurement: requirements and limitations. Annals of Work Exposures and Health, 63 (7), 743-758.

[2] UNI EN ISO 7726, Ergonomia degli ambienti termici – Strumenti per la misurazione delle grandezze fisiche, Ente Nazionale Italiano di Unificazione, Milano, 2002.

[3] Gambino G, Meda D, Merlino A, Quadrio G, 2019. Il tempo di misura dei parametri termoigrometrici negli accertamenti tecnici di microclima. Atti del Convegno dBA 2019, 249-266.

[4] del Gaudio M, Freda D, Lenzuni P, Nataletti P, Sabatino R, 2018. La valutazione del microclima, Milano, INAIL.