"HVAC" inizia a sudare
Grazie alla tecnologia dei sensori e alla modellazione matematica, i manichini intelligenti riconoscono come le postazioni di lavoro possano essere portate a una temperatura confortevole per risparmiare energia ed evitare che i pazienti abbiano freddo in sala operatoria.
Quando il sole batte impietoso sulle facciate in piena estate, gli interni degli edifici con finestre non ombreggiate o con scarso isolamento si riscaldano senza pietà. Se anche la finestra aperta non fornisce una corrente d'aria di raffreddamento, a partire da una temperatura ambiente di 26 gradi si inizia a sentirsi a disagio. Se la temperatura ambiente sale ulteriormente, anche le attività fisicamente meno faticose, come il lavoro d'ufficio, diventano una fatica. I ventilatori e i sistemi di condizionamento dell'aria si surriscaldano. La Svizzera suda.
Il consumo di energia per le unità di climatizzazione e gli impianti di condizionamento dell'aria in Svizzera è ormai dell'ordine dei terawatt all'anno, cioè dell'ordine di miliardi di chilowattora. Non è certo che si possa ottenere il raffreddamento desiderato nell'ambiente. Agnes Psikuta, ricercatrice dell'Empa, si è quindi prefissata il compito di generare dati affidabili sul clima interno dei luoghi di lavoro. Il suo obiettivo: climatizzare gli edifici in modo molto più sostenibile, preservando al contempo la salute e le prestazioni delle persone. I suoi colleghi di lavoro: "ANDI" e "HVAC", manichini intelligenti che misurano il clima interno. Grazie alla tecnologia dei sensori e alla modellazione matematica, riconoscono come gli ambienti di lavoro possano essere portati a una temperatura confortevole in modo sostenibile.
Sudare nell'ufficio virtuale
L'HVAC, abbreviazione di "Heating, Ventilation, Air Conditioning", dall'aspetto futuristico, è ben equipaggiato: Tuttavia, i sensori per la temperatura, l'umidità e il movimento dell'aria non sono sufficienti. Un totale di 46 campi di misurazione sfondano il guscio di plastica del manichino, che lo utilizza per quantificare la radiazione termica dell'ambiente e, ad esempio, distinguere tra calore solare e aria di riscaldamento.
Il suo partner dal nome semplice "ANDI" integra perfettamente i dati di "HVAC": "ANDI è il tipo per il quadro generale, assorbe il bilancio termico che una persona ha nelle condizioni date", spiega Agnes Psikuta del laboratorio "Membrane biomimetiche e tessuti" dell'Empa a San Gallo. A tal fine, "ANDI" mantiene la sua temperatura di funzionamento costante a 34 gradi, che corrisponde alla temperatura della pelle di una persona nella zona di comfort. Per zona di comfort si intende che il corpo di un adulto sano può mantenere una temperatura interna costante di 36,5-37,5 con uno sforzo minimo. "Nella zona di comfort, le persone non sudano, non tremano per il freddo e non si congelano le mani e i piedi perché possono mantenere il loro equilibrio termico con facilità", spiega il ricercatore.
La modellazione matematica di questi dati combinati dà come risultato finale un modello termico virtuale di una persona al lavoro. Nell'ambito di un progetto finanziato dal Fondo Nazionale Svizzero per la Ricerca Scientifica (FNS), Agnes Psikuta sta ora lavorando con gli istituti partner dell'EPFL e dell'Università Tecnologica della Slesia in Polonia per studiare come "HVAC" e "ANDI" affrontano i parametri delle condizioni reali di un ufficio nel corso dell'anno.
In definitiva, questo lavoro dovrebbe consentire di ottimizzare i requisiti energetici degli edifici. "In piena estate, gli impianti di condizionamento funzionano a pieno ritmo per raffreddare completamente gli uffici open space, ad esempio. Tuttavia, non è chiaro quanto sia efficace la situazione per il rispettivo posto di lavoro", spiega il ricercatore dell'Empa. Elementi strutturali direttamente sul posto di lavoro, come pannelli di raffreddamento a parete o sedie da ufficio ventilate, potrebbero fornire soluzioni più efficienti e a risparmio energetico. Lo stesso potrebbe valere per il periodo di riscaldamento invernale: "HVAC" e "ANDI" potrebbero determinare se, ad esempio, una temperatura ambiente di 17 gradi è sufficiente se il luogo di lavoro è riscaldato a 22 gradi a livello locale.
Ipotermia pericolosa
Tuttavia, i due manichini vengono utilizzati anche in situazioni completamente diverse, ovvero sul tavolo operatorio. Durante un intervento chirurgico di diverse ore, è importante che il corpo del paziente non si raffreddi troppo, mentre il chirurgo non deve iniziare a sudare. Se il paziente perde troppo calore, il rischio di complicazioni aumenta e le possibilità di recupero peggiorano. "Le opzioni precedenti per mantenere il paziente sufficientemente caldo, tuttavia, consistevano in soluzioni monouso insostenibili o in allestimenti ingombranti e difficili da disinfettare", spiega Agnes Psikuta.
In un progetto con l'Università di Tecnologia di Varsavia, "HVAC" e "ANDI" stanno quindi studiando come posizionare in sala operatoria lampade a infrarossi facili da disinfettare, senza ostacolare le complesse condizioni spaziali durante la procedura. Inoltre, le radiazioni termiche non devono riscaldare il personale sanitario o causare ustioni alla pelle del paziente. Mentre "HVAC" misura il flusso di calore dalla lampada al corpo con la sua fitta matrice di sensori, "ANDI" calcola l'intero bilancio termico di un paziente, compresa la temperatura attuale della stanza. "I dati modellati saranno utilizzati per determinare la posizione e la potenza delle lampade termiche in un'ampia gamma di situazioni", spiega il ricercatore dell'Empa. "In questo modo, speriamo di poter creare condizioni operative ideali senza il rischio di ipotermia".
Fonte: Empa
