All’interno di un edificio la pressione è differente da quella esterna. Per lo più, e sempre nella stagione invernale, la pressione interna è inferiore. Ciò è dovuto al fenomeno chiamato “effetto camino” ed è una delle cause principali dell’inquinamento da radon degli edifici.
Premessa
Sappiamo che la pressione atmosferica a livello del mare Po è convenzionalmente fissata pari a 101325 Pa [N/m2] = 1,01325 [bar] = 1 [Atm].
La densità dell’aria secca ϱo a 1 [Atm] (a livello del mare quindi) e a 20 [°C] è circa pari a 1,204 [kg/m3].
La accelerazione di gravità g (supposta costante alle basse quote) è pari a 9,8066 [m/sec2].
L’andamento della pressione atmosferica a partire dal livello del mare e a 20 [°C] è descritta dalla espressione (valida per h non molto grandi)
P = Po exp (- ah)
Dove:
P = pressione alla quota h in [Pa]
Po = pressione al livello del mare in [Pa]
h = quota dal livello del mare in [m]
a = g ϱo / Po = 1,16527 E-4 [m-1]
g = accelerazione di gravità in [m/sec2]
ϱo = densità dell’aria a 20 [°C] a livello del mare in [kg/m3]
A 100 [m] di altitudine P = 1001,51 [mbar];
mentre a 300 m P = 978,44 [mbar];
e a 800 m P = 923,06 [mbar];
etc.
Si ha quindi un “gradiente atmosferico” di pressione, in diminuzione con la quota, di circa 12 [mbar] ogni 100 metri, che, inizialmente, si può considerare lineare; infatti nei primi metri la diminuzione di pressione da terra è di circa 0,12 [mbar] = 12 [Pa] per ogni metro di altezza.
I valori della pressione sono continuamente mutevoli, principalmente per motivi meteorologici. Sperimentalmente si rileva che tale variazione oscilla tra 0 e 5 Pascal al minuto (al massimo 10 Pascal), e raramente più di 1 millibar all’ora. Alle nostre latitudini, la pressione a livello del mare oscilla normalmente non oltre l’intervallo di 970 – 1050 [mbar].
All’interno di un edificio, la cui temperatura (usualmente d’inverno) sia maggiore di quella esterna, la situazione è più complessa.
Effetto camino e effetto vento incidente
A causa del cosiddetto “effetto camino” nell’edificio l’aria interna calda più leggera sale, e sfugge poi verso l’esterno attraverso le piccole o grandi vie di uscita sempre esistenti. La massa d’aria mancante è reintegrata, usualmente nella parte bassa dell’edificio, con un’entrata di aria, più fredda, dall’esterno.
Si crea così ai piani bassi una leggera diminuzione di pressione di alcuni Pascal, ed una sovrappressione a quelli alti (vedi nella figura a lato).
Il grafico in rosso a sinistra indica l’andamento della pressione atmosferica all’esterno.
Il grafico in nero all’interno dell’edificio indica l’effetto camino.
All’interno i due fenomeni inversi dell’effetto camino e del gradiente atmosferico esterno, si sommano algebricamente provocando un nuovo gradiente di pressione (vedi il grafico in rosso all’interno dell’edificio) ancora in diminuzione verso l’alto, ma con pendenza meno accentuata.
Salto barico
Si ha quindi un salto barico Δ = Pext – Pint che cambia con la quota.
Esisterà spesso una quota, all’interno dell’edificio dove la pressione esterna ed interna si pareggiano e Δ = 0. Al di sotto di tale quota la pressione interna è minore e Δ è positivo, al di sopra essa è maggiore di quella esterna e Δ è negativo.
La conseguenza del gradiente barico all’interno dell’edificio è, come già detto, una entrata di gas nei piani bassi (aria mista, tra l’altro, anche al radon e/o ad altri gas provenienti dal terreno) ed una uscita di gas dai piani alti. Teniamo presente che la pressione atmosferica nel suolo a contatto dell’edificio è pari a quella esterna alla stessa quota.
In conclusione si vede che Δ è la principale spinta per il radon a entrare.
L’effetto camino è sempre presente, ma la presenza nell’edificio di dispositivi di estrazione dell’aria come cappe di caminetti, stufe, fornelli di cucina o estrattori elettromeccanici può accentuare il fenomeno.
Ovviamente se la temperatura interna dell’edificio fosse inferiore a quella esterna il fenomeno sarebbe differente e inverso. D’estate l’entrata del radon dal suolo ai piani bassi è nettamente inferiore
La principale causa di afflusso e advezione è pertanto la differenza di pressione che si viene a creare tra l’interno e l’esterno dell’edificio, specialmente in inverno, con risucchio dell’aria dall’esterno (e dal sottosuolo) verso i locali bassi a diretto contatto con il terreno ed eventuale successiva risalita convettiva ai piani superiori. Questo fenomeno è causato dai due effetti: camino e vento incidente, ed è favorito dagli impianti forzati di estrazione e condizionamento e dall’uso di dispositivi che consumano l’aria interna.
Nel primo caso la formula che dà la variazione di pressione alle estremità del fenomeno, cioè il valore dell’effetto camino, tipicamente di alcuni Pascal, è (se h è l’altezza dell’edificio in [m], K una costante pari a 0,0342, Pext la pressione atmosferica in [Pa], T le temperature assolute in [°K] ):
Δ P = K h Pext ( 1/ Text – 1/ T int)
Nel secondo caso, la sovrappressione P – Po (positiva se sopravvento o negativa se sottovento) causata dall’effetto vento è data dalla formula:
P – Po = Cp( 1/2 ϱ V 2)
dove ϱ è la densità dell’aria, Cp un coefficiente di pressione sperimentale (adimensionale) e V la velocità del vento.
La seguente figura descrive sinteticamente i due fenomeni nella stagione invernale quando la temperatura interna Ti dell’edificio e quella del suolo Ts sono superiori alla temperatura esterna T0.
(Figura tratta da rapporto ARPAV del 2000 sull’indagine regionale delle aree ad alto potenziale radon in Veneto)
Revisionato giugno 2023
