IL RICAMBIO DI VENTILAZIONE E TEMPERATURA IN AUTO

LA TEMPERATURA;

L’aumento della temperatura è un fenomeno che in vettura è sempre spiacevole innanzitutto perché nel volume ridotto dell’abitacolo la traspirazione è più difficoltosa e quindi il sudore tende a protrarsi e non vaporizzarsi come succederebbe all’aria aperta. Ciò comporta una sensazione di disagio antagonista del confort in auto.
Nei soggetti anziani l’aumento della temperatura si traduce quasi sempre in problemi legati alla circolazione sanguigna con vasodilatazione, data l’iperreattività vascolare legata all’età. Ciò significa congestione specie agli arti inferiori che diventano succulenti, ciò che concomita con l’aumento della temperatura maggiore nel pavimento della vettura. La sensazione di “piede gonfio” limita il benessere del passeggero ma è pericolosa nel guidatore per ridotta sensibilità dell’arto sul pedale.
Lo stesso dicasi, ma con sfumature meno fastidiose per gli arti superiori, le mani e le dita, che tuttavia tendono a sudare e nel guidatore limitano la presa sul volante.
La circolazione venosa è in genere compromessa anche nel distretto cranio-carotideo e genera i seguenti fastidi:
a. sensazione di turgore al collo, per cui il guidatore è indotto a non portare cravatta o colletto aderente;
b. senso di calore al cranio e talora cefalea che , nel caso del guidatore, comporta ridotta performance neurologica della guida con perdita dei riflessi, diplopia (vista doppia), riduzione del visus;
c. il rossore, segno della vasodilatazione, si manifesta anche al livello nasale con senso di chiusura nasale, starnuti e lacrimazione anche nel soggetto non rinitico. Sono fenomeni presenti anche negli anziani non rinitici.
I problemi respiratori sono generalmente dovuti al fatto che il calore riduce la ventilazione alveolare per stimolo riflesso; ne consegue una minore traspirazione attraverso la ventilazione alveolare e quindi un accumulo di calore. Nei periodi di caldo i cani alitano in continuazione perché traspirano solo attraverso la ventilazione e l’ampia superficie della lingua. Se la ventilazione si riduce, come avviene spesso nel bronchitico, parimenti la traspirazione ventilatoria è ridotta.
La usuale raccomandazione è quella di bere in modo da compensare la traspirazione, tuttavia vi è una forte limitazione nel fatto che maggiore è la quantità di liquidi introdotta, maggiore la necessità alla traspirazione, anche con la ventilazione. Se questa non sarà sufficientemente adeguata, come nel bronchitico o nell’asmatico o nell’anziano cardiopatico, l’eccesso idrico sarà eliminato con una maggiore sudorazione. A sua volta l’eccessiva sudorazione porta ad un abbassamento della pressione arteriosa e quindi il guidatore potrà subire contraccolpi pressori mentre guida a causa di una eccessiva perdita di liquidi cutanei e non attraverso la ventilazione alveolare. Va ricordato che nell’anziano, già in condizioni standard, è presente la tendenza alla disidratazione che può accentuarsi con brusche o repentine sudorazioni in auto. Lo stesso dicasi per i bambini che hanno una difficile regolazione termica.
I possibili rimedi:
a) evitare la guida nelle ore più calde anche perché la maggiore concentrazione di ozono comporta disturbi di irritazione delle vie aeree e della vista perché tale gas è un irritante della congiuntiva;
b) evitare di bere acqua o bevande durante la guida, specie se fredde perché idonee ad evocare problemi di accumulo idrico, eccessiva sudorazione e crisi gastriche vagali dovute al freddo della bevanda;
c) evitare ovviamente gli alcoolici che aumentano la temperatura endogena e favoriscono l’eccesso di sudorazione;
d) evitare il fumo di sigaretta, anche perché la nicotina è un vasodilatatore che favorisce gli eventi ora riferiti;
e) fermarsi, durante la guida, e passeggiare per attivare la circolazione degli arti inferiori.

Per i suoi effetti biologici la temperatura è un parametro affatto rimarchevole. Freddo e caldo sono i coefficienti fisici con cui ci si deve confrontare per avere un confort ottimale. Ne deriva che lo scopo è quello di contrastare ogni eccesso, il freddo invernale ed il caldo estivo. Poiché i cambiamenti climatici ci stanno abituando a non tenere più in conto rigido tali parametri, dobbiamo far fronte ad entrambi ed essere preparati a fronteggiarli in qualunque situazione.
La temperatura viene considerata fredda quando stimola alcuni riflessi nell’uomo, quali l’erezione del pelo e la contrazione muscolare. Tale fenomeno è avvertibile dai – 5 ai -15 C. Per valori compresi tra 0 e 10 la sopravvivenza è affidata ad indumenti. Non di meno, la respirazione di aria fredda determina, come prima riferito, reazione iperreattiva bronchiale e nasale. Nessuna alterazione è riscontrabile se la temperatura è omogenea nell’ambiente in cui si vive. Ma nell’abitacolo, il freddo in basso ( floor) può provocare sensazione spiacevole alle estremità inferiori così come il caldo in alto è avvertibile con un senso di pesantezza alla testa da vasodilatazione. Il fenomeno può evitarsi se l’aria ha una temperatura omogenea, quale essa sia. Il soggetto avverte differenze termiche se esiste un processo di stratificazione dell’aria, ossia se l’aria di un ambiente o dell’abitacolo della vettura presenta temperature non omogenee o stratificate. E’ quanto avviene di recente con la diffusione del climatizzatore bi-zona che tende a determinare temperature differenti in parti diverse dello stesso abitacolo, stratificando l’aria e creando infra-gradienti, ossia piccoli gradienti tra una parte a l’altra dell’abitacolo che contribuiscono a ridurre il confort.
E’ paradossale ma il fumo di sigaretta in auto è elemento idoneo a redistribuire l’aria per destratificazione. Infatti una sigaretta produce un aumento della temperatura di 1 C/ ora di fumo attivo e con il suo moto ascensionale verso l’alto tende ad uniformare la temperatura ed annullare il gradiente apice-base con un incremento assoluto di temperatura. L’aumento della Pm10 fino a 300 ppm tende ad aumentare la temperatura con una reazione esotermica che fornisce calore.

GRADIENTE TERMICO APICE-BASE DELL’ABITACOLO In numerose esperienze (Ferrara et al., 1996-2001) è stato controllato e misurato con termometri di precisione, il gradiente apico-basale della temperatura,su la scorta di un razionale che indica nella parte superiore di una vettura temperature differenti rispetto al pavimento. tetto apribile una possibilità di esaltazione del normale moto convettivo dell’aria. Infatti in alcuni esperimenti, a vettura ermetica, il gradiente si innalza da 2.8 C°(v.medio) a 6.2 C° con un ‘escursione di 3,4 C°, a testimonianza di una rilevante differenza termica con strati aerei più caldi sul tetto della vettura e strati aerei più freddi all’altezza del pavimento. Attivando la climatizzazione il gradiente si riduce a 0,85 C°,nel segno che essa è idonea a rettificare la differenza termica apico-basale. L’annullamento del gradiente,ossia la sovrapposizione della temperatura del pavimento con quella dell’apice,si realizza soprattutto in presenza di un tetto apribile con un’inversione (-0,26 C°) che testimonia la destratificazione aerea e temperatura più omogenea nell’intero abitacolo, (Fig. 7).

AUMENTO RELATIVO DELLA TEMPERATURA

Questo può avvenire quando nell’abitacolo si realizzano le condizioni perché la temperatura aumenti più di quella esterna. Ciò può avvenire quando si viaggia nelle notti estive, come spesso i “media “ consigliano, e si tende a chiudere le sorgenti di rifornimento aereo. Il fumo di sigaretta, l’aumento dell’anidride carbonica ( 500 ml/m) nell’abitacolo concorrono ad aumentare la temperatura mediamente di 1-2 C° ogni 15’ e pertanto si realizzano le condizioni di un peggioramento della respirazione in auto perché il monossido di carbonio (CO), prodotto dalle sigarette e l’anidride carbonica, prodotto fisiologico della respirazione, in condizione di aumento termico tendono a stratificarsi creando le premesse per l’ipossiemia ossia la riduzione dell’ossigeno nel sangue arterioso.
I rimedi sono:
a) non fumare in auto se non a rotazione, un passeggero ogni 30’ con aumento del ricambio d’aria (ventilazione forzata, tetto apribile, climatizzatore a sorgente esterna e non ricircolo);
b) fermarsi sovente per ricambiare il volume aereo dell’abitacolo.

Naturalmente vi sono consigli ormai classici: far uso di diete leggere prima o durante i viaggi in auto; evitare gli alcolici per le ragioni sopra dette; non fumare etc.
Alcune di queste raccomandazioni sono utili ,altre, come viaggiare di sera o durante la notte, contengono qualche insidia.
Una raccomandazione particolare va fatta agli allergici: essi tendono alla vasodilatazione della mucosa nasale o bronchiale anche nei periodi di benessere, pertanto un viaggio in auto in siffatte condizioni li espone al rischio di crisi asmatica o rinitica. È consigliabile l’uso, o quanto meno esserne forniti, dei farmaci in bomboletta-spray, da tenere sempre in auto.
Con o senza climatizzatore,uno dei fattori più importanti per il confort respiratorio è costituito dal ricambio dell’aria ventilata:in genere questa entra dall’esterno,veicolando sostanze e gas nocivi. L’avvertenza principale consiste nell’attivare il ricircolo durante tragitti urbani e introdurre aria fresca in crociera, (Fig.8).
In merito al ricambio esistono problemi di ordine chimico-allergologico per la possibile cattura di pollini e sostanze inquinanti che prima o poi vengono immesse nell’abitacolo. Va precisato che il polline scatena l’attacco nell’allergico (rinitico o asmatico) ma nel soggetto sano è comunque irritante. Il compito di evitare particelle così piccole,ma a distribuzione così ubiquitaria, può essere affidato solo a dispositivi,come il teflon, semipermeabile ai gas ma impermeabile ad ogni sostanza con diametro superiore ai 10 micra. Chè anzi i normali filtri a carbone possono presentare l’inconveniente di trattenere e trasportare a distanza con il veicolo ciò che ha dimensioni superiori a 5 micra ed inferiori a qualche millimetro.
Per quanto attiene la fisica dei gas,va tenuto presente che l’aria subisce l’influenza della temperatura,stratificandosi quando questa è bassa. Se invece è più alta di 25 C, realizza un moto di convezione verso il tetto dell’abitacolo ove si raffredda e si ristratifica,come avviene nel termosifone di casa. L’optimum è costituito dalla presenza del tettuccio ad apertura variabile.
Per capire come funziona,basta fare riferimento al moto dell’aria che si distingue in laminare,come la corrente del Golfo o vorticoso,come l’uragano,indipendentemente dalla quantità d’aria ventilata. Il vortice può essere efficace o inattivo. Il primo consente una distribuzione omogenea dell’aria ventilata mentre il secondo crea un moto anarchico,non prevedibile,ovviamente rumoroso.
In linea di massima il tetto apribile crea un moto vorticoso efficace per la sommatoria dell’aumentata ventilazione con il moto di convezione.Ne deriva che è possibile utilizzare il tetto anche d’inverno,per rendere omogenea la distribuzione dell’aria calda nell’abitacolo ed il suo ricambio,sfruttando l’effetto convettivo-aspirativo. Il tutto si riconduce all’effetto venturi,dato da un’energia cinetica (il movimento dell’auto) che evoca un’ aspirazione dall’abitacolo,quando applicata ad esso.se la forza aspirativa dipende in massima parte dal movimento,il flusso di aspirazione (fuoriuscita di aria nell’unità di tempo) dipende invece dalla superficie di apertura del tetto. In ultima analisi si può applicare al modello la formula di Venturi in cui il Flusso aspirativo (V) è direttamente proporzionale all’energia cinetica impressa (E), moltiplicato il quadrato dell’accelerazione,(a). Risulta inoltre proporzionale al gradiente termico tra Indoor (Ti) e (Te) Outdoor,mentre è inversamente proporzionale al diametro di apertura (r) ed al volume dell’abitacolo,(Vl).In pratica l’effetto ultimo è quello di una combinata tra flusso aspirativo (effetto cappa) che laminarizza, aspirando, l’aria indoor favorendo il moto convettivo dell’aria nell’abitacolo. Se si pensi al moto vorticoso offerto dal climatizzatore, il Tetto apribile a variazione (T.A.V.) appare come la migliore soluzione per rendere omogenee nell’abitacolo due componenti ambientali primarie,ricambio d’aria e temperatura , Tab. 3.
1) RICAMBIO EFFICACE DELLA VENTILAZIONE.
Il ricambio d’aria è reso necessario dalla ventilazione alveolare,ricca di CO2,dell’uomo-passeggero che si aggira sui 500 ml al minuto. Si noti che l’impegno alla guida comporta uno stress tale da aumentare la ventilazione di anidride carbonica fino ad un terzo,mentre i passeggeri che non sono sottoposti alla guida si comportano come soggetti normali a riposo. Nel periodo invernale,inoltre,sia per fattori alimentari sia per fattori climatici,l’eliminazione di CO2 tende ad essere più alta.
Tale gas ha la caratteristica di stratificare in basso,così il suo accumulo nel pavimento dell’auto può creare problemi a piccoli animali o a bambini che viaggiano spesso seduti o accoccolati sul pavimento. Se poi nell’abitacolo vi sono fumatori,il ricambio d’aria è particolarmente necessario per rimuovere l’eccesso di Monossido di Carbonio (CO), gas altamente asfissiante. Pertanto l’applicazione di una sorgente aspirativa,come il tetto apribile, consente di adeguare la ventilazione/minuto,sfruttando la proprietà aspirativa. Si evita così la riduzione dell’ossigeno e con essa i colpi di sonno,cefalea e diplopia (visione doppia),temibili quando si è alla guida. Il T.A.V. appare,dunque, complementare alla climatizzazione,specie quando è attivata la ricircolazione d’aria per evitare afflusso di inquinanti dall’esterno.
Un visione avveniristica della macchina del futuro potrebbe prevedere l’assenza di vetri scorrevoli perchè il ricambio da questi è del tutto inefficace ed anzi svantaggioso per la penetrazione di sostanze nocive dall’esterno e poco utili al ricambio. Chi scrive ha dimostrato,già nel 1984, che,viaggiando alla velocità media di 60 miglia (110 km/h) su autostrada (Boulder-Denver,Co.),la concentrazione di carbossiemoglobina dei passeggeri aumenta fino al 6.27% da un valore basale di 2.7 (+65%) quando vi è comunicazione diretta tra abitacolo e macroclima tramite finestrini aperti.Se sullo stesso tragitto,alla medesima ora,con analogo carico di traffico,si attiva la climatizzazione nell’abitacolo la carbossiemoglobina si riduce sensibilmente (+ 38%), (Fig.9).
Tali dati rendono ragione della necessità di adeguare i dispositivi di controllo ambientale anche all’interno dell’abitacolo,munendolo di sensori per l’umidità relativa,per il CO e l’anidride carbonica,intervento non impossibile tecnicamente sulle attuali centraline elettroniche.
2) OTTIMIZZAZIONE DELLA TEMPERATURA:questo è uno degli effetti positivi del T.A.V.per la sua proprietà convettiva:va ricordato,infatti,che,rispetto l’esterno,un abitacolo in genere presenta una temperature più alta d’inverno e simile all’esterno in estate. Ciò comporta che durante l’inverno si possa utilizzare il gradiente abitacolo-ambiente (positivo),limitando così l’apertura del tetto e sfruttando anche l’effetto convettivo che sposta le masse d’aria dal basso verso l’alto. Si rende in tal modo uniforme la temperatura nell’abitacolo che,in assenza di correnti aeree,sarebbe stratificata,elevata nell’abitacolo superiore e più bassa nell’abitacolo inferiore. Il passeggero avverte questa differenza di temperatura perchè sente le estremità inferiori (piedi) fredde e quelle superiori (testa,mani) più calde.
Sfruttando ,dunque,l’azione combinata del climatizzatore e del tetto ad apertura variabile si ottiene il risultato,di non poco conto,di una temperatura ottimizzata in ogni angolo dell’abitacolo,un ricambio d’aria efficace e la deumidificazione delle superfici vetrate mai appannate per una massima visibilità. Non è forse il sogno di ogni automobilista coniugare confort e sicurezza?
Last but not least, ai fini della regolazione termica,anche il colore della vettura riveste la sua importanza. Tonalità chiare hanno un effetto termo-dispersivo, facilitando il lavoro dei due dispositivi descritti,mentre le tonalità scure, termo-accumulatrici,presentano una relativa riduzione dello smaltimento termico e quindi conseguente dispersione energetica ed aumento dei consumi.

Il RAPPORTO Va/Qb

Il rapporto ventilazione per fusione è il test principale per valutare la relazione tra quantità d’aria ventilata e quantità di sangue che con questa viene in contatto. Tanto maggiore la quantità di sangue tanto minore il livello di ossigenazione che si produce, esattamente come avviene nel rapporto domanda/offerta. Si deduce che tanto maggiore la vasodilatazione, prodotta da un eccesso di temperatura, tanto maggiore la quantità di sangue che nell’unità di tempo passa nell’alveolo per la fase di ossigenazione. Quindi, su la base di quanto esposto, per transitività, risulterà minore il grado di ossigenazione finale. Esattamente come avviene nel fumo di sigaretta in cui il Monossido di Carbonio sottrae emoglobina all’ossigeno. Stesso effetto di sottrazione indiretta si verifica con un aumento della temperatura quando essa è idonea ad evocare una vasodilatazione che comporta quindi una riduzione del livello di ossigenazione per aumento di afflusso ematico al polmone (Fig. 10).
Questo problema è particolarmente evidente nel soggetto in soprappeso o addirittura obeso. E’ nozione comune che il soggetto di taglia robusta, in posizione assisa, tende ad un processo di ipersonnia, più o meno improvvisa, e tale condizione può coglierlo in auto.
Ferrara et al. (1996) hanno dimostrato che il soggetto obeso al cockpit, dopo circa 15’ di guida, tende ad aumentare le pressioni parziali nel sangue di anidride carbonica e ridurre quelle di ossigeno, ossia va incontro al fenomeno di ipossiemia ed ipercapnia. Tale problematica è particolarmente grave per l’improvvisa sonnia che può cogliere il guidatore, (Fig. 11).

DAL DISCONFORT AL MALORE…il passo è breve

Se non si rispettano le condizioni prima descritte, il confort diventa una condizione impossibile da realizzare e nei viaggi lunghi si pongono le premesse per una cattiva performance. Una condizione di disagio fisiologico porta inevitabilmente ad uno stato di malessere che si instaura con il tempo ovvero al malore che si profila con maggiore rapidità.