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Qualità dell'aria: un aspetto sempre più importante per gli ambienti domestici

A differenza di molti altri elementi, l'aria resta un bene gratuito e disponibile in abbondanza. Tuttavia, le notizie anche recenti che collegano la scarsa qualità dell'aria a patologie respiratorie che sono causa di morte prematura come a esempio l'asma, evidenziano chiaramente che l'aria pulita è più preziosa di quello che potrebbe apparire a prima vista.

Qualità dell'aria: un aspetto sempre più importante per gli ambienti domestici
Il sensore di polvere Telaire SM-UART-01L+ di Amphenol

Mentre sono molto familiari le immagini di città densamente popolate avvolte da una fitta coltre di smog, con le relative implicazioni sulla salute di scenari di questo tipo, il dibattito sulla qualità dell'aria sta ora orientandosi maggiormente sugli spazi abitativi interni. Un recente rapporto dell'Agenzia Europea dell'Ambiente (EEA - European Environment Agency) ha infatti segnalato che l'aria all'interno delle abitazioni può risultare più dannosa sul lungo termine per la salute rispetto agli effetti, che sembrano molto più ovvi e appariscenti, prodotti dall'aria esterna inquinata dalle attività industriali e dalle emissioni dei veicoli.

Sono due le principali fonti di inquinamento dell'aria interna: i composti organici volatili (VCO – Volatile Organic Compound) e il particolato (PM – Particulate Matter). I VCO sono un insieme di sostanze chimiche prodotte dall'uomo e/o di natura organica che rappresentano una componente importante dell'attuale problema della qualità dell'aria. Generalmente, come implica il nome spesso, sono volatili e caratterizzate da un basso punto di ebollizione che consente quindi alle molecole di penetrare nell'aria circostante attraverso il processo di evaporazione. Tra le numerosi sorgenti di VCO si possono annoverare adesivi, solventi, elettrodomestici e fumo, anche se ve ne sono di meno ovvie come tappeti, mobili e prodotti per la pulizia domestica. Poiché le moderne abitazioni sono coibentate per garantire una migliore efficienza energetica, la circolazione di aria fresca risulta più difficoltosa e i livelli di composti organici volatili all'interno delle mura domestiche possono superare di un fattore pari a 10 quelli degli analoghi componenti presenti all'esterno.

Il particolato comprende un'ampia gamma di materiali diversi trasportati dall'aria che sono il frutto di svariate attività umane, nonché di alcune fonti naturali. Definito dall'EPA (Environmntal Protection Agency) come uno dei sei “criteria pollutants (ovvero uno dei sei inquinanti chiave per la definizione del livello di accettabilità della qualità dell'aria) dannosi per la salute , il particolato include polvere, fumo, fuliggine e muffa. Il particolato è classificato in base alle sue dimensioni. Il termine PM10, a esempio, fa riferimento a particelle con diametro di 10 μm (o inferiore) – come polvere, granuli di polline e spore di muffe. Le particelle di PM2,5, molto più piccole in quanto hanno appunto un diametro di 2,5 μm, un trentesimo dello spesso di un capello umano, comprendono invece fumo, smog, batteri, polveri fini o goccioline di liquidi.

L'esposizione al particolato è stata correlata a irritazioni di occhi, naso e gola, nonché a problemi respiratori più seri e persino a malattie cardiache. Le particelle PM2,5 destano maggiori preoccupazioni rispetto alle particelle PM di dimensioni maggiori in quanto possono depositarsi in profondità nei polmoni e provocare malattie sul lungo periodo più difficili da curare. Uno studio dell'EEA pubblicato nel 2015 ha stimato che le concentrazioni di PM2,5 erano responsabili di 400.000 morti premature all'anno.

Il monitoraggio della qualità dell'aria è ora preso seriamente in considerazione e gli enti locali sono impegnati a monitorare la situazione nei punti nevralgici delle città come strade trafficate e incroci. Le aziende, dal canto loro, hanno il dovere di preoccuparsi della salute dei loro dipendenti anche in virtù dl fatto che il personale sano sarà sicuramente più produttivo: per questo motivo il monitoraggio della qualità dell'aria sui luoghi di lavoro sta diventando una pratica sempre più diffusa. Per quanto concerne i consumatori, un numero via via maggiore di persone sta acquistando dispositivi di monitoraggio, in particolar modo genitori con figli piccoli o coloro che hanno un parente anziano, oppure persone che soffrono di malattie croniche che potrebbero essere aggravate dalla scarsa qualità dell'aria.

Le moderne tecnologie per il monitoraggio della qualità dell'aria
In considerazione dell'impatto della qualità dell'aria sulla salute, non può certo sorprendere il fatto che ora venga monitorata molto di più che in passato e la possibilità di utilizzare dispositivi avanzati rappresenta sicuramente un vantaggio. Oggigiorno sono disponibili svariati tipi di sensori, che si differenziano gli uni dagli altri in termini sia di prestazioni sia di funzionalità.

I sensori MOX (Metal-Oxide) sono di tipo non selettivo e variano la loro resistenza per indicare la presenza di gas. Abbastanza limitati dal punto di vista operativo, essi sono in grado di eseguire solamente misure relative, ovvero di indicare che un livello è migliore o peggiore rispetto a un altro. Poichè i sensori MOX sono abbastanza sensibili alle variazioni di umidità relativa e temperatura, i monitor per la qualità dell'aria che adottano questa tecnologia spesso integrano sensori di umidità relativa e di temperatura per le necessarie compensazioni. Alcuni VCO (come dopobarba, profumi, pennarelli o persino birra) fanno parte della vita quotidiana e, a causa delle loro limitate prestazioni, i sensori MOX potrebbero segnalare un problema che in realtà non esiste. In generale, le variazioni sul breve termine della qualità dell'aria imputabili alle attività quotidiane destano molto meno preoccupazione rispetto ai cambiamenti del valori di fondo (background level, in sintesi la concentrazione di una sostanza), che tendono a variare molto più lentamente.

Un metodo alternativo per rilevare la qualità dell'aria prevede il ricorso al rilevamento a infrarossi non dispersivo (NDIR - Non-Dispersive InfraRed). Solitamente, un sensore NDIR integra una sorgente a infrarossi, una camera di campionamento, un filtro spettrale e un meccanismo di rilevamento a infrarossi. Il filtro spettrale è selezionato in base al gas oggetto della misura. L'anidride carbonica, a esempio, assorbe le radiazioni di lunghezza d'onda di 4,26 µm per cui più marcata è la riduzione dell'intensità degli infrarossi a questa lunghezza d'onda, maggiore sarà la quantità di anidride carbonica presente. Recentemente sono state introdotte altre tecnologie per il rilevamento delle particelle, come a esempio quella che prevede il ricorso al laser. Questi dispositivi si basano su fasci di luce laser riflessi dal PM per misurare la quantità di particolato presente nell'aria.

Sensori per la misura della qualità dell'aria: alcune proposte
Oggigiorno è disponibile una vasta gamma di sensori per la misura della qualità dell'aria. Questi dispositivi, compatti e a basso consumo, permettono di realizzare monitor per la qualità dell'aria sia autonomi sia integrati negli elettrodomestici, come a esempio apparecchiature per il condizionamento dell'aria. In un'epoca in cui il numero di edifici intelligenti è in costante aumento, questi sensori possono essere collegati a sistemi automatizzati più sofisticati e di maggiori dimensioni che possono contribuire a mitigare gli effetti della scarsa qualità dell'aria. Le finestre di un ufficio, a esempio, potrebbero essere aperte automaticamente fino al momento in cui non viene registrato un miglioramento della qualità dell'aria.

Telaire SM-UART-01L+ è un sensorie di polvere prodotto da Amphenol Advanced Sensors (fig. 1) in grado di determinare la concentrazione delle particelle di polvere nell'aria utilizzando un meccanismo ottico. Estremamente compatto (43x45x18 mm), questo dispositivo contiene un diodo laser e un fotosensore molto sensibile. Le particelle presenti nell'aria riflettono la luce del diodo laser e questa luce riflessa viene successivamente rilevata dal fotosensore. Il pattern (schema) dell'impulso del segnale di uscita consente a SM-UART-01L+ di distinguere le piccole particelle (come il fumo) da quelle più grandi (come la comune polvere domestica). Progettato principalmente per uso interno – in depuratori, purificatori e condizionatori d'aria – questo sotto-sistema di rilevamento basato su laser ad alto grado di integrazione può misurare particelle di diametro pari a soli 0,3 µm (PM0,3) e rilevare concentrazioni fino a 1μg/m3: i dati vengono trasferiti in modalità seriale attraverso il connettore di interfaccia a 8 pin integrato a una velocità massima di 9600bps. Tra le altre caratteristiche di rilievo da menzionare l'elevato livello di accuratezza (≤±15%) e i tempi di risposta ≤15s.

Anche il sensore SPS30 PM di Sensirion (fig. 2) fa ricorso alla dispersione (scattering) della luce laser per determinare la presenza di particolato sfruttando in questo caso la tecnologia resistente alla contaminazione sviluppata dalla società. Grazie a questa tecnologia e all'impiego di componenti caratterizzati da elevato livello qualitativo e lunga durata, è possibile eseguire misure accurate per un periodo superiore a otto anni. L'uso di algoritmi avanzati garantisce elevati livelli di accuratezza, mentre un binning (in pratica una suddivisione) delle dimensioni delle particelle ad alta risoluzione permette il rilevamento di polvere ambientale e di altre particelle di differenti dimensioni: in questo modo è possibile adattare il funzionamento per applicazioni e ambienti specifici.


Qualità dell'aria: un aspetto sempre più importante per gli ambienti domestici
Il sensore SPS30 di Sensirion.

Altri sensori che utilizzano la dispersione della luce sono quelli della serie HPM di Honeywell (Fig. 3). Si tratta di dispositivi completamente calibrati in grado di monitorare contaminanti che formano il particolato ambientale di varie dimensioni (PM1.0, PM2,5, PM4,0 e PM10) con concentrazioni variabili da 0 mg/m3 a 1000 mg/m3 e tempi di risposta inferiori a 6 secondi. Adatti per l'installazione in ambienti industriali gravosi grazie alle elevate prestazioni in termini di compatibilità elettromagnetica (EMC) che soddisfano i requisiti previsti dallo standard IEC/EN61000, questi dispositivi possono essere anche utilizzati in prodotti consumer. Il ridotto consumo di potenza, pari a soli 80 mA, permette l'uso di questi sensori anche in dispositivi per il monitoraggio dell'aria alimentati a batteria.


Qualità dell'aria: un aspetto sempre più importante per gli ambienti domestici
Un esempio di sensore della serie HPM di Honeywell (HPMA115C0-004 Compact).

Uno sguardo al futuro
Nel momento in cui un numero sempre maggiore di persone acquisisce la consapevolezza degli effetti dannosi che la qualità dell'aria può avere sulla salute, la misura di questo parametro è destinata a diffondersi in modo massiccio nelle abitazioni, nei luoghi di lavoro e persino negli spazi ristretti come l'abitacolo delle vetture. Startup come uHoo hanno realizzato dispositivi per l'uso in luoghi chiusi molto accattivanti sotto il profilo estetico che si armonizzano con l'arredamento domestico. Nel frattempo, prodotti come il monitor portatile per la misura dell'inquinamento atmosferico Atmotube hanno dimensioni tali da poter essere riposti in una borsa o in uno zaino e consentire alle persone di verificare la qualità dell'aria dell'ambiente in cui si trovano, qualunque esso sia.

L'evoluzione tecnologica può rappresentare un valido ausilio per il prolungamento della durata della vita umana e garantire la qualità dell'aria che si respira è uno degli aspetti fondamentali per il mantenimento di un'esistenza sana. Sia che si tratti della casa o dell'ufficio, le persone vivono in spazi ben isolati ed efficienti dal punto di vista energetico, ragion per cui la qualità dell'aria è destinata a diminuire drasticamente: da qui la sempre maggiore importanza di procedere al suo monitoraggio. I moderni sensori possono misurare particelle estremamente sottili, di diametro inferiore al micron, utilizzando tecnologie ottiche avanzate. Complice la costante riduzione di dimensioni, peso e costo di questi dispositivi, il monitoraggio della qualità dell'aria sarà una funzionalità che verrà aggiunta a un gran numero di apparecchiature non solo per uso domestico ma, grazie alla portabilità, anche per uso esterno.

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