Inquinamento interno ed esterno: la connessione

La qualità dell’aria interna è influenzata da molti fattori, tra cui il tipo e l’importanza delle fonti di inquinamento indoor, le condizioni di ventilazione e le attività svolte. Ma le ricerche hanno rivelato che anche l’ambiente esterno – soprattutto nelle città oppure vicino a impianti inquinanti – è un fattore importante nel determinare la qualità dell’aria negli ambienti chiusi.

In questo articolo, che riprende un eccellente lavoro di rassegna sull’argomento, vengono illustrati i rapporti fra inquinamento indoor e outdoor evidenziati da diversi studi, al fine di capire meglio i fattori chiave che influenzano la qualità dell’aria indoor. Il problema dell’inquinamento dell’aria interna, infatti, ha suscitato l’interesse di molti scienziati, dato che le persone passano la maggior parte del loro tempo (in pratica, oltre l’80%) al chiuso, sia in casa che sul posto di lavoro.

Apparentemente, la qualità dell’aria interna dovrebbe essere migliore della qualità dell’aria esterna a causa dell’effetto schermante degli edifici e dell’eventuale installazione di dispositivi di ventilazione e di pulizia dell’aria. Tuttavia, oltre i 2/3 degli studi combinati di qualità dell’aria indoor e outdoor in letteratura hanno rilevato una concentrazione di inquinanti dell’aria interna superiore a quella all’aperto.

Molti studi hanno confermato che la qualità dell’aria negli ambienti interni è fortemente influenzata dalla qualità dell’aria esterna. Pertanto, per risolvere i nostri problemi di inquinamento, è necessario considerare sia l’ambiente interno che quello esterno, e vedremo come la qualità dell’aria indoor venga influenzata dalla qualità dell’aria outdoor in presenza di inquinamento esterno, come nelle aree urbane.

Le fonti di inquinamento outdoor e indoor

Gli inquinanti atmosferici outdoor consistono principalmente di ossidi di azoto (NOx), biossido di zolfo (SO2), ozono (O3), monossido di carbonio (CO), idrocarburi (HC) e particolato (PM) di diverse dimensioni delle particelle. Nelle aree urbane, tali inquinanti sono emessi principalmente dai veicoli su strada e fuoristrada, ma vi sono anche contributi da centrali elettriche, caldaie industriali, inceneritori, impianti petrolchimici, aerei, navi e così via, a seconda delle località e dei venti dominanti.

Tuttavia, la qualità dell’aria nei centri urbani è fortemente influenzata dal design della città. Ad esempio, dei canyon artificiali densamente distribuiti e profondi (edifici con grandi altezze in rapporto alla larghezza della strada) possono bloccare e indebolire il vento in avvicinamento, riducendo così la sua capacità di dispersione dell’aria. D’altra parte, una buona progettazione urbana può disperdere gli inquinanti atmosferici e alleviare i problemi di accumulo di inquinanti atmosferici.

Sono stati identificati anche un certo numero di inquinanti atmosferici indoor, tra cui ossidi di azoto (NOx), biossido di zolfo (SO2), ozono (O3), monossido di carbonio (CO), composti organici volatili e semi-volatili (COV), particolato (PM), radon e microrganismi. Alcuni di tali inquinanti (ad es. NOx, SO2, O3, PM) sono comuni ad ambienti indoor e outdoor e alcuni possono essere originati dall’esterno.

I combustibili solidi “sporchi” (come legna da ardere, carbone, carbonella, sterco, rifiuti agricoli) usati in caminetti o cucine generano una grande quantità di inquinanti dell’aria (come SO2, NOx, CO e PM). Ci sono anche molte fonti antropogeniche (come materiali da costruzione in legno, pitture a base di olio, decorazioni profumate e piante da interno) che emettono COV a varie concentrazioni, alcuni dei quali possono reagire con l’ozono per formare particelle secondarie sospese fini interne.

Interazioni fra l’inquinamento outdoor e indoor

Molti studi indicano che la qualità dell’aria interna è influenzata dall’aria esterna e confermano l’importanza di quest’ultima nel determinare la qualità dell’aria interna. In alcuni studi, la maggior parte dei composti organici volatili (COV) misurati in ambienti sia interni che esterni provenivano da fonti esterne.

Di recente, Fung et al. (2014) hanno trovato prove di un fenomeno abbastanza comune: il fatto che gli scarichi dei motori diesel dei camion possono venire risucchiati in un edificio ventilato meccanicamente, se ha delle prese d’aria fresca progettate a un livello basso. Invece, uno studio del 2000, analizzando il particolato in abitazioni domestiche in diverse località di Birmingham, Regno Unito, ha trovato indoor particelle fini di piombo e solfato, che indicano la penetrazione dell’aria da fonti esterne.

Esistono tre meccanismi principali che consentono all’aria esterna di entrare e influenzare gli ambienti interni: (1) ventilazione meccanica, (2) ventilazione naturale e (3) infiltrazione. Attraverso meccanismi analoghi, ma inversi, anche la qualità dell’aria interna influisce su quella dell’aria esterna.

I tre meccanismi con cui l’aria esterna entra ed influenza quella interna. (Leung, 2015)

La ventilazione meccanica può essere guidata da una ventola di ventilazione o da un condizionatore d’aria di un’abitazione o da un sistema di condizionamento d’aria centrale di un edificio, i quali aspirano l’aria esterna dalle prese d’aria fresca. La ventilazione naturale è invece guidata dal flusso del vento prevalente e si verifica ogni volta che le porte e le finestre della stanza / edificio vengono aperte.

Anche senza queste ventilazioni, lo scambio d’aria tra ambienti interni ed esterni può ancora verificarsi attraverso fessure e perdite nell’involucro dell’edificio, un processo chiamato “infiltrazione”, che può essere significativo per un edificio con scarsa tenuta. Grazie a questi tre meccanismi, gli inquinanti atmosferici esterni – come ad es. quelli legaati al traffico – possono penetrare nell’ambiente interno e possono essere diluiti o accumulati in base alle condizioni di ventilazione.

Uno studio del 2004 ha mostrato che il tasso di ricambio aereo è influenzato dalla temperatura e dalla velocità del vento, e tende ad aumentare con l’aumento del numero di finestre e porte aperte collegate all’esterno. Inoltre, ha suggerito che sia la concentrazione di inquinanti all’aperto che quella indoor siano la variabile di elezione per la previsione della concentrazione di inquinanti interni.

Ciò indica che le fonti di inquinamento indoor, le condizioni di ventilazione e persino l’ambiente esterno possono influire sull’inquinamento dell’aria interna. In particolar modo, vi influiscono il traffico e gli impianti inquinanti vicini. Comparativamente, il contributo delle fonti transfrontaliere è meno significativo nelle aree urbane a causa della maggiore distanza dalle fonti di inquinamento.

I rapporti indoor/outdoor in varie condizioni

C’è un forte interesse nello studio delle variazioni di concentrazione del particolato nell’ambiente interno ed esterno in diverse condizioni di ventilazione. La ventilazione ha una forte influenza sia sul particolato indoor che sulle concentrazioni gassose indoor, ma l’effetto su ciascuno di essi può essere diverso a causa della differenza nella natura fisica degli inquinanti e delle caratteristiche della fonte.

Come è ragionevole aspettarsi, i rapporti indoor/outdoor (I/O) di particelle e fumo nero più bassi sono stati riscontrati in condizioni di finestra chiusa, mentre i rapporti I/O più elevati sono stati raggiunti in ambienti ben ventilati. Inoltre, le concentrazioni di inquinanti indoor e outdoor sono risultate correlate, e più del 75% delle variazioni indoor giornaliere sono spiegate da quelle outdoor (Cyris et al., 2004).

Nel frattempo, Blondeau et al. (2005) hanno studiato, in particolare, il rapporto indoor/outdoor (I/O) in otto scuole francesi con ventilazione naturale e meccanica, e hanno scoperto che i rapporti I/O di ossidi azoto (NOx) variano da 0,5 a 1, ma non è stata osservata alcuna correlazione con la permeabilità dell’edificio. D’altro canto, i rapporti I/O di ozono (O3) variano nell’intervallo da 0 a 0,45, mentre i bassi rapporti I/O sono fortemente influenzati dalla tenuta all’aria dell’edificio.

Particelle di dimensioni diverse possono presentare caratteristiche diverse durante l’interazione tra aria interna ed esterna. Monn et al. (1997), ad esempio, hanno studiato la relazione indoor-outdoor di particolato con diverse dimensioni delle particelle in 17 case in Svizzera con ventilazione naturale. Nelle case senza fonti indoor e con bassa attività umana, il rapporto I/O del PM10 era di circa 0,7. Tra le fonti indoor, il fumo è il fattore più dominante e può far aumentare il rapporto I/O a > 1,8.

D’altra parte, nelle case che non contengono alcuna fonte apparente, l’attività umana è un fattore importante che contribuisce a rapporti I/O elevati. Jones et al. (2000) hanno trovato che i rapporti I/O sono maggiori per le particelle fini rispetto alle particelle grossolane, indicando una maggiore penetrazione di particelle fini o una maggiore deposizione interna di particelle grossolane.

Diapouli et al. (2008) hanno misurato il particolato indoor e outdoor nelle scuole con ventilazione e hanno trovato rapporti I/O vicini o superiori a 1 per il PM10 ed il PM2,5, ma più piccoli di uno per le particelle ultrafini. Tuttavia, analogamente ad altri risultati della ricerca, hanno anche osservato rapporti I / O molto elevati (> 2,5) quando ci sono state intense attività indoor come movimento umano, fumo, etc.

Massey et al. (2009) hanno determinato il rapporto indoor/outdoor di particelle fini con dimensioni inferiori a 2,5 μm in abitazioni residenziali situate nell’India centrale e ha rilevato che i rapporti I/O medi per PM2.5, PM1.0, PM0.5 e PM0.25 erano vicini o superiori a uno nelle abitazioni ai lati delle strade e nelle zone rurali, mentre sono risultati essere inferiori a uno nelle aree urbane.

Chen e Zhao (2011) hanno esaminato la relazione tra particelle indoor e outdoor nella letteratura e hanno rilevato che rapporti I/O di PM2.5 molto elevati (cioè> 3,0) si verificano in presenza di fumo e di fonti di combustione interne come un caminetto, mentre i bassi rapporti I/O (cioè < 1) sono fortemente correlati a un minor numero di fonti interne, all’uso di dispositivi di filtrazione dell’aria o ad edifici con buone guarnizioni di isolamento, in particolare a porte e finestre.

Il rapporto I/O del PM2.5 secondo molti studi in letteratura. (fonte: Chun Chen et al., 2010)

La qualità dell’aria interna è influenzata dalla qualità dell’aria esterna, che a sua volta è influenzata dalle condizioni meteorologiche. Chan (2002) ha studiato l’effetto di queste ultime sul rapporto I/O di PM10 e NOx, scoprendo che la temperatura, l’umidità e l’irraggiamento solare svolgono un ruolo vitale nella variazione del rapporto I/O della concentrazione di inquinanti, i quali mostrano una convincente tendenza a diventare più concentrati quando questi tre parametri meteorologici aumentano.

In conclusione, lo studio sul contributo delle particelle indoor/outdoor all’esposizione personale totale è utile per studiare la relazione tra i livelli personale, outdoor, indoor e gli effetti sulla salute indotti dal particolato. Tuttavia, la concentrazione di particelle indoor di origine esterna dipende da tre fattori principali – tasso di scambio d’aria, efficienza di penetrazione e tasso di deposizione – di cui gli ultimi due sono difficili da ottenere a causa della difficoltà nel fornire valori indipendenti per il calcolo.

 

Riferimenti bibliografici

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