Qualità dell'aria: a quali ambienti va applicata?

Qualsiasi ambiente interno può essere studiato in termini di microclima e qualità dell'aria:

� Industria� Uffici � Ospedali� Scuole� Alberghi � Edifici residenziali� Palestre, piscine, lughi di attività ricreative� Laboratori� Aerei

In generale qualsiasi ambiente interno è soggetto a potenziali problemi di qualità dell'aria. Occorre studiare in modo preventivo come rimuovere eventuali inquinanti, fare attività di monitoraggio, ....

Qualità dell'aria: generalità e storia

L'umanità nasce in zone climatiche tropicali.Spostamento verso zone fredde: nasce da invenzioni (vestiario, riparo, fuoco). All'interno dei ripari non cambia solo il clima dal punto di vista termico, ma anche il movimento dell'aria (problemadella diluizione dei contaminanti).L'ambiente confinato comincia a diventare inquinato dalle sorgenti interne di inquinamento.

Persone, fuoco diretto, materiali da costruzione, attività interne sono causa di maggiore inquinamento dell'aria esterna (inizio dei problemi di IAQ e della necessità di ventilazione).

L'umanità è arrivata in Europa meridionale e in Cina milioni di anni fa.In zone climatiche più fredde (America, Nord Europa, Giappone) compare solamente 10'0000-40'0000 anni fa(periodo di tempo troppo corto per cambiamenti genetici). Quindi siamo ancora abituati alla vita all'aperto nelle regioni calde dell'Africa.Stiamo vivendo oggi in ambienti interni (in molte regioni per oltre il 90% del tempo). L'ambiente interno è quello più importante in relazione alla nostra salute.

In realtà l'inquinamento esterno contribuisce all'aumento di allergie

Prevalence of allergies in East and West Germany plotted against year of birth. Solid lines indicate no additional pollutant exposure; dotted lines indicate additional pollutant exposure. The circle indicates the years with the most dramatic increase in allergy cases

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Durante lo sviluppo dell'igiene moderna (dalla metà del XIX secolo) i problemi dell'ambiente interno hanno avuto crescente interesse (qualità dell'acqua potabile e trattamento di acque di scolo, relativo ad es. a piaghe come colera e tubercolosi).

Il termine “Ventilazione” deriva dal latino “ventilare” che significa esporre al vento. Lo scopo degli edifici è di creare un clima più favorevole a persone e processi rispetto all’esterno. Quindi il fine primo della ventilazione è di creare una qualità dell'aria interna (IAQ) piùfavorevole a persone e processi rispetto a quella riscontrabile in edifici non ventilati e reintrodurre l'effetto positivo di essere “esposti al vento”. Cioè diluire e rimuovere i contaminanti prodotti dall'uomo stesso, dalle sue attività e da tutto ciò che lo circonda nell'ambiente interno

Ventilazione

L'uomo ha sempre saputo che l'aria contaminata può essere causa di problemi di salute. Greci e Romani prestavano molta attenzione agli effetti indesiderati di aria inquinata in città affollate e miniere (Ippocrate 460-377 a.C.).

Nella Bibbia viene richiamata l'attenzione sui problemi della vita passata in edifici con problemi di umidità (piaghe di lebbra) e sulla pericolosità per la salute (Levitico 14, 34-57 “la lebbra nelle abitazioni”). Dichiarazione della lebbra, sgombero della casa, analisi della casa infestata. L'indicazione di casa infetta sonomacchie sui muri (muffe, salnitro) che ne implicano la chiusura per sette giorni. Se le macchie aumentano si asportano i muri infetti. Se dopo il rinnovo ricompaiono le macchie, la casa viene distrutta.

IAQ nell'antichità

Nell'era medievale si sono introdotte poche conoscenze in questo campo. Scoperte epidemiologiche: associazione tra effetti sulla salute e lavoro in condizioni di inquinamento spinto (Ramazzini 1633-1714), vivere in città ad alta densità come Londra(Arbuthnot 1667-1735), i problemi degli spazzacamini (Pott 1778).La morte di detenuti in celle anguste (1882), il problema economico della morte degli schiavi per soffocamento nel trasporto su navi via mare evidenzia il problema della ventilazione in ambienti inquinati dalla presenza di persone. La cattiva ventilazione non era solo conosciuta in casi estremi, ma era anche riconosciuta all'epoca.Gauger (1714) sottolineava che non era tanto il surriscaldamentodegli ambienti la causa di molte malattie, quanto la disuguaglianza di temperatura e la “voglia di ventilazione”. L'aria cattiva causava una sensazione spiacevole che si prova in ambienti ventilati male.

IAQ nei secoli XXVII e XXVIII

L'idea generale fino al 1800 era che la respirazione fosse un modo di raffrescare il cuore (non era richiesta la composizione dell'aria, ma solo la sua freschezza). Ma era anche conoscenza comune che l'aria espirata era inadatta per la respirazione finchè non si fosse raffrescata (Wargentin 1717-1783). Il mistero della respirazione non si risolse fino a che Priestley non scoprì l'ossigeno (1733-1804) e Von Scheele (1742-1786) e Lavoisier (1743-1794) scoprirono che l'aria era composta di almeno due gas. Il ruolo dell'ossigeno nella respirazine fu scoperto da Lavioisier (1781)anche se 100 anni prima (1667) Boyle (1627-1691) e Hooke (1635-1703) scopriono che la fornitura di aria ai polmoni era fondamentale per la vita e nonostante Mayow (1643-1678) scoprì l'esistenza di uno scambio tra l'aria inalata e il corpo.

La respirazione

Il lavoro di Lavoisier (1781) era particolarmente imporante per capire il metabolismo umano, includendo l'associazione quantitativa tra consumo di ossigeno e rilascio di anidride carbonica. Durante i successivi 50 anni era opinione comune che la concentrazione di CO2 era una misura se l'aria fosse pura o stantia. Contro la causa di tubercolosi e altre malattie note per essere contratte in ambienti affollati John Griscom, un chirurgo di NewYork, descriveva la necessità di aria fresca e sottolineò come letti e dormitori fossero un problema all’epoca. Le stanze affollate erano surriscaldate e durante questa epoca era convinzione che il disagio in questi ambienti fosse dovuto all'eccesso di calore o, in accordo con ciò che diceva Lavoisier, all'eccesso di CO2.

Pettenkofer (1818-1901) iniziò le lezioni di igiene a Monaco nel 1847 e nel 1853 notò che la sensazione sgradevole di aria stantia non era dovuta tanto alla temperatura eccessiva, o l'umidità o il contenuto di CO2 o la deficienza di ossigeno, quanto piuttosto alla traccia di materiale organico rilasciato dai polmoni e dalla pelle delle persone. Sosteneva che la cattiva aria interna di per sé non causava la malattia nelle persone, ma tale aria indeboliva la resistenza delle persone verso e contro gli agenti che causano malattie. Nella sua ottica la CO2 non era importante di per sé, ma era l'indicatore del contenuto di altre sostenze nocive presenti in ambiente prodotte dall'uomo. Pettenkofer notò che l'aria non era idonea alla respirazione se il contenuto di CO2 (con persone come fonte) era superiore a 1000ppm e che la bontà dell'aria interna di ambienti in cui le persone devono trascorrere diverso tempo era garantita per un valore di 700 ppm (1858) per mantenere il comfort.

XIX secolo: nasce l'igiene moderna

Pettenkofer, come molti altri autori del suo tempo davano un valore limite di 1000ppm di CO2 per una buona IAQ (includeno la CO2 ambientale), 700 ppm nelle stanze da letto, includendo un certo margine per la combustione delle lampade di illuminamento ad olio.Alcuni studi effettuati in scuole, teatri, case, ecc. avevano portato ad individuare la concentrazione di CO2 come misura per i corretti tassi di ventilazioneper le persone. Il primo professore di igiene svedese Elias Heyman (1829-1889) effettuò un ampio studio a Soccoma su scuole con differenti sitemi di ventilazione, includendo misure di CO2. Nelle scuole senza sistemi di ventilazione misurò valori di concentrazioni di CO2 che arrivavano e superavano 5000 ppm, mentre in scuole dove c'era qualche tipo di ventilazione misurò valori massimi tipici di concentrazione di CO2 tra 1500 e 3000 ppm. Concluse che nemmeno una delle aule era adeguatamente ventilata.

Fece anche un interessante commento sui comuni disturbi riguardanti l'aria secca in un edificio con aria di mandata calda (fino a 60°C), una sensazione che non aveva niente a che fare con l'umidità, ma piuttosto con il contenuto di contaminanti trasportati dall'impianto dai camini vicini. Parallelamente a questo disturbo di aria secca si accompagnava un problema legato alle mucose e allapelle, cioè una descrizione simile a quella che oggi viene definita SBS (Sick Building Syndrome), sindrome dell'edificio malato. Heyman nel 1881 studiò anche abitazioni e concluse che non possiamo confidare sulla “ventilazione naturale” se vogliamo vivere con aria pulita.Pettenkofer e altri studiosi dell'epoca spesso affermavano che il controllo delle sorgeti era un prerequisito fondamentale per una corretta igiene.

Perchè le scuole sono così importanti?

� I bambini hanno una maggior frequenza respiratoria � 40-60 volte al minuto un bambino� 16-20 volte al minuto un adulto

� I bambini hanno un minor controllo sull’ambiente di un adulto

� Gruppi di bambini più facilmente sensibili agli effetti di inquinanti ambientali:� Prematuri� Bambini con patologie polmonari� Bambini con patologie cardiache

Nel suo libro sulla ventilazione e il riscaldamento Herman Rietschel (1894-1902) dell'Università tecnica di Berlino si basò totalmente sulle teorie di Pettenkofer. Il libro è valido tutt'oggi, includendo le linee guida sui requisiti di aria di rinnovo e il dimensionamento per la ventilazione meccanica e naturale.A partire dai risultati di Pettenkofer sono stati condotti numerosi studi tra il 1880 e il 1930 alla ricerca di evidenze sugli effetti velenosi di sostanze organiche nell'aria espirata, la teoria della antropotossina (ad es. Brown-Séguard e d'Arsonval, 1887). Non riuscendo a provare effetti tossici e dato che l'alto contenuto di CO2 come singola sorgente di inquinamento non causava discomfort, il calore di una stanza affollata assieme agli odoriderivanti dai bioeffluenti del corpo, sebbene non velenosi, erano ritenuti essere responsabili del discomfort in ambienti scarsamenteventilati (Flygge 1905, Hill 1914).

IAQ nel secolo XX

Flygge nel 1905 scrisse che il cattivo odore dell'atmosfera era legato non alla venenosità, mai provata, ma dalla sensazione di nausea provata dai presenti (ventilazione come requisito di comfort e non di salute).

Winslow e Palmer (1915) in uno studio sull'effetto della mancanza di ventilazione su cibo e appetito, trovarono che c'erano sostanze presenti nell'aria di un ambiente occupato non ventilato che in qualche maniera, senza produrre discomfort evidente o sintomi fisiologici avvertibili, diminuivano l'appetito.

In un lavoro successivo, Winslow e Harrington (1936) ottennero gli stessi risultati, prendendo come fonte di inquinamento polvere di abitazioni presa da aspirapolveri.

Yaglou et al. (1936) studiarono l'odore del corpo in funzione del tasso di ventilazione. Trovarono che tali odori di norma non erano pericolosi. Evidenziarono peraltro che “persone sensbili erano occasionalemnte affette in modo patologico dal ritrovarsi all'interno di tali ambienti”.

Pertanto la ventilazione era principalmente ancora una questione di comfort. “ambienti occupati dovebbero dare un'impressione più favorevole all'entrare, prendendo in considerazione fattori comeodore, freschezza, temperatura, umidità, correnti d'aria e altrifattori che hanno effetto sui sensi”.

Dimostrarono che la sola ricircolazione di aria non influenzava l'intensità dell'odore e conclusero che “dal punto di vista dell'odore dei corpi un ambiente può essere ventilato allo stesso modo con aria totalmente di rinnovo di 8 l/(s p) oppure con una portata complessiva di 15 l/(s p) della quale circa metà ricircolata e metà di rinnovo. Il ricircolo è generalmente desiderabile per un'adeguata distribuzione dell'aria ed il controllo della temperatura, ma uno degli svantaggi è la puzza nei condotti, nei ventilatori, ecc. e, fintantochè il sistema è investito da aria di rinnovo, sono necessarie portate maggiori per ottenere lo stesso risultato.”

Effettuarono prove umidificando e deumidificando l'aria ricircolata e trovarono che entrambe le tecniche (specialmente la deumidificazione) riduce l'intensità degli odori (quindi è necessaria una portata d'aria esterna minore per controllare gli odori).

Dagli anni '30 c'è stato scarso contributo alla ricerca sui temi di ventilazione, IAQ e salute in ambienti non industriali. Odore e benessere termico erano considerati fattori rilevanti nel fissare le linee guida per la ventilazione.

Storicamente le norme sulla ventilazione si sono basate sull'assunzione che l'uomo stesso fosse una sorgente di inquinamento per l'ambiente interno.

I problemi di salute non sono mai stati generalmente connessi al bisogno di ventilazione; viceversa la qualità percepita dell'aria è stata la misura del bisogno di ventilazione (l'odore di un ambiente può essere o meno considerato accettabile da visitatori all'ingresso di un ambiente oppure dagli occupanti?).

Questa misura è stata usata da Yaglou e nel 1990 è stata ripresa e sviluppata dall'Università di Lingby (DK) (Fanger et al. 1988).

Inoltre Fanger ha sottolineato l'aspetto del comfort e dell'inquinamento dell'aria indoor, dicendo che “è normalmente la percezione che fa lamentare le persone” ed inltre “la qualità dell'aria percepita può fornire in molti casi una prima indicazione sul fattore di rischio per la salute” (Fanger 1992).

Fanger ha focalizzato il carico di inquinamento di sorgenti con la sensazione equivalente non solo su persone, ma anche su materiali edili, rivestimenti, computer, ventilazione, umidità e temperatura dell'aria.

Discussione sull'ambiente

Le discussioni sull'ambiente erano focalizzate sull'IAQ fino a circa il 1960.

Con “Silent spring” nel 1962 Rachel Carson (seguito da numerosi altri scrittori) cambiarono l’attenzione dall'ambiente interno a quello outdoor.

Intorno a questi anni vengono prodotti molti lavori sui problemi di salute relativi all'aria inquinata nelle industrie, dirottando il problema dell'IAQ verso ambienti industriali.

“Ambiente” diventa un termine che significa aria in ambienti industriali e nelle zone circostanti alle industrie.

Agenzie di protezione dell'ambiente e autorità di sicurezza e salute dei lavoratori divennero importanti in diverse regioni del mondo.

In questo periodo il problema dell'IAQ in ambienti non industriali non era nella lista dei problemi ambientali.

Finchè i problemi che vennero fuori relativamente al radon alla fine degli anni '60, della formaldeide nei primi anni '70, degli acari nella polvere degli edifici e della SBS alla fine degli anni '70, delle allergie durante le ultime decadi non posero di nuovo l'IAQ comeproblema da affrontare per la salute delle persone.

Oggi c'è sempre più interesse sull’inquinamento dell'aria indoor e quindi sui tassi di ventilazione.

La situazione attuale

Gli effetti di esposizione all'ambiente indoor e le conseguenze sulla salute dovuti a tale esposizione sono diversi a seconda delle aree geografiche della Terra. La situazione attuale rispecchia la storia dell'umanità.

In molte regioni in via di sviluppo la situazione è uguale a quella in cui si trovavano secoli orsono molte regioni oggi sviluppate, con problemi di scarsa ventilazione, combustione di biomasse all'interno delle case e conseguente effetto di aria estremamente inquinata e problemi estremi di salute (Smith 2003).

L'utilizzo di biomasse per la cucina causa almeno 2,000,000 di morti all'anno (in prevalenza donne e bambini), circa 228 persone all’ora.

Nei Paesi sviluppati gli edifici hanno cucine ventilate, vengonoutilizzati gas o elettricità per la cucina, il riscaldamento è centralizzato o comunque avviene con apparecchi a tenuta stagna,ma ci sono problemi di scarsezza di ventilazione, alta prevalenza di allergie, SBS.

Tra questi due estremi ci sono situazioni intermedie. Ad esempiogli Stati dell'ex Blocco dell'Est, con edifici relativamente moderni, materiali moderni, ma con un alto tasso di ventilazione (dovuto al basso costo dell'energia e alla permeabilità globale dell'edificio), ed una relativamente bassa prevalenza di allergie, ma molte malattie respiratorie.

Pochi studi sull'IAQ e la salute sono stati effettuati in regioni in via di sviluppo.

Gli unici studi effettuati riguardano la combustione di biomasse e la scarsità di ventilazione e l'effetto sulle infezioni acute direspirazione (ARI, Acute Respiratory Infections), malattie croniche di ostruzione polmonare (COPD, Chronic Obstructive Pulmonary Disease) e tumori ai polmoni.

WHO (World Health Organisation) ha calcolato che la combustione di fossili solidi per cucina e riscaldamento è responsabile del 4% delle totali cause di decesso (Smith 2003). Il problema è rilevante e semplice allo stesso tempo. Sarebbe sufficiente utilizzare stufe ventilate, tecnologie note secoli fa.

Studi effettuati in Paesi sviluppati hanno evidenziato che sono strettamente legate all'IAQ alcune malattie come cancro ai polmoni, allergie, altre reazioni di ipersensitività (inclusa SBS), sensitività ad agenti chimici (MCS, Multiple Chemical Sensitivity), e infezioni respiratorie (ARI) (Sundell 1999).

Molte altre conseguenze dovute all'IAQ sono note (ad esempio la Legionellosi). Dato che le allergie si stanno rapidamente diffondendo in tutto il mondo e che sono fortemente legate all'esposizione all'aria indoor, l'attenzione maggiore è rivolta adesso a quali siano le esposizioni all'aria indoor associate all'aumento della percentuale dei malati.

In molte regioni del mondo più del 50% della popolazione è affetta da allergia (sostanzialmente giovani più che anziani) e in molte regioni l'incidenza è praticamente raddoppiata ogni 15 anni nelle ultime decadi.

In Europa le malattie allergiche sono più comuni in relazione allo stile di vita più occidentale ed a condizioni sociali ed economiche, anche se questo non è vero per altre regioni.

Esposizione all'aria indoor e problemi di salute

Nelle regioni sviluppate della Terra l'attenzione si è focalizzata oltre che sul radon e sul tabacco (ETS, Environmental Tobacco Smoke) come cause di cancro ai polmoni, sui componenti volatili organici (VOC, Volatile Organic Compounds), particelle, allergeni, e agenti di origine microbica. Complessivamente tutt'oggi non si sa molto relativamente alla relazione tra IAQ emalattie, incluse le allergie.

Allergie e asma sono aumentate negli ultimi 30 anni. Il breve intervallo di tempo in cui ciò è accaduto indica che è legato aicambiamenti riguardanti l'esposizione ambientale più che un cambiamento genetico. I cambiamenti nell'ambiente interno meritano attenzione dato che oggi siamo maggiormente esposti ad ambienti interni.

Una maggiore esposizione nei confronti di allergeni può essere la causa della crescita di allergie. Negli ultimi anni sono stati condotti diversi studi multidisciplinari (Andersson et al. 1997, Ahlbom et al. 1998, Bornehag et al. 2001, Wargocki et al. 2001, Schneider et a. 2003, Van Odijk et al. 2003).

Oggi c'è evidenza scientifica che le concentrazioni di TVOC non corrispondono a una misura di rischio di salute e che occorronoindicatori più rilevanti di rischio per l'esposizione di composti organici in aria indoor in ambienti non industriali (Andersson et al. 1997).

Con riferimento alle particelle presenti nell'aria indoor, c'è limitata conoscenza scientifica rispetto alla loro importanza dal punto di vista della salute (Schneider et al. 2003) in funzione di tale esposizione all'aria ambiente (limitato numero di casi di studio e difficoltà di quantificare il rapporto tra particelle e salute).

Spore, microbi, composti microbiologici volatili organici (MVOC, Microbial Volatile Organic Compounds) e tossine: ad oggi non si è stabilito quale di queste sostanze siano la causa dell'incrementata prevalenza di effetti sulla salute di edifici umidi (Bornehag et al. 2001).

Non è scientificamente provato che alcune muffe siano più importanti da un punto di vista della salute. Globalmente non siconosce molto riguardo all'influenza di colonie microbiologiche indoor nei confronti della salute.

Fattori inerenti gli edificie la salute

In un ampio numero di studi (includendo più di 100,000 persone) è stata riscontrata un'associazione tra effetti sulla salute e vivere o lavorare in un edificio umido: tosse, respiro affannoso, allergie ed asma (Sundell 1999, Bornehag et al. 2001). Comunque ci sono indicazioni che anche altri effetti sulla salute sono associati con l'umidità, come sintomi generali (stanchezza, emicranie, ecc.), irritazioni e infezioni alle vie respiratorie.Rischi relativi, comunemene indicati da rapporto di probabilità, sono simili per neonati, bambini, adulti in case, luoghi di lavoro. I rischi relativi sembrano essere indifferenti dalle condizioni esterne.Ad oggi dalla letteratura scientifica non è possibile dare una definizione più precisa di edificio umido per quanto riguarda gli effetti sulla salute, o specificare quali agenti in un edificio umido siano la causa di effetti sulla salute

UMIDITA'

L'associazione tra ventilazione e salute è studiata raramente. Un lavoro multidisciplinare di revisione della letteratura scientifica ha giudicato che solo 30 studi fossero conclusivi sul tema (Wargocki et al. 2002). L'evidenza scientifica indica che i tassi di ventilazione (di aria esterna di rinnovo) al di sotto di 25 l/(s persona) in edifici commerciali ed istituzionali sono associati con un incremento dirischio di SBS e di ridotta produttività (Sundell et al. 1993, Sundell 1994, Wargkocki e al. 2002).

Studi sull'associazione tra effetti sulla salute e tassi di ventilazioni in edifici residenziali sono rari. Comunque la letteratura sull'umiditàsuggerisce che una ventilazione inadeguata negli edifici residenziali costituisce un maggiore fattore di rischio per gli effetti sulla salute(tosse, respiro affannoso, asma e infezioni alle vie respiratorie) (Sundell et al. 1995, Brnehag et al. 2001, Wargocki et al. 2002).

VENTILAZIONE

E' ben noto che i tassi di ventilazione sono stati ridotti negli ultimi decenni negli edifici residenziali, come risultato sul risparmioenergetico nell'Europa occidentale e settentrionale. Questa tendenza può essere associata all'aumento di allergie.

Negli stati dell'ex blocco comunista il ricorso a infissi stagni sta prendendo piede con l'aumento del costo dell'energia e conseguentemente si sta riducendo la ventilazione residenziale anche in questi Paesi.

MATERIALI DEGLI EDIFICILe emissioni primarie all'interno degli edifici derivano primariamente dai materiali di cui sono costituiti gli edifici stessi. Il livello di tali emissioni è maggiore immediatamente dopo la costruzione dell'edificio e generalmente diminuisce drasticamente dopo sei mesi e sostanzialmene sparisce del tutto dopo il primo anno di vita.

Emissioni secondarie sono legate all'emissione di inquinanti causata principalmente dall'azione dei materiali. Fattori che influenzano un materiale sono umidità ed alcali nelle strutture dell'edificio, elevate temperature superficiali o trattamenti con sostanze chimiche (ad es. detersivi e cere per pavimenti). Le emissioni secondarie possono crescere nel tempo e possono durare a lungo (Sundell 1999).

A causa del fatto che le emissioni primarie sono state oggetto di maggiore interesse, c'è stato uno sviluppo verso materiali “a bassa emissione”. Questo ha ridotto l'emissione dei comuni componenti organici degli edifici, principalmente i componenti organici volatili piuttosto stabili. Se questo sviluppo ha ridotto i disturbi alla salute nei nuovi edifici non è noto con certezza. Oggi le emissioni secondarie si ritiene siano significativamente responsabili nei problemi di salute.

CHIMICA DELL'ARIA INTERNAMolti inquinanti organici innocui nell'aria nterna ragiscono ad esempio con l'ozono, producendo componenti altamente reattivi che reagiscono velocemente con e sulla pelle o le membrane mucose (Sundell et al. 1993, Weschler 2000). Molti di questi composti (ad es. i radicali liberi) non sono facilmente misurati, ma possono essere ben più rilevanti dal punto di vista degli effetti sulla salute rispetto ai loro precursori. Questi componenti chimici dell'aria interna si trovano nell'aria, ma anche sulle superfici degli ambienti. Umidità, tassi di ventilazione, PVC, legno, cere e prodotti per la pulizia, profumatori di ambiente devono essere rivisti sotto una nuova ottica.