B015318 - FISICA TECNICA AMBIENTALE E IMPIANTI TECNICI

Italiano

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Vengono trattati argomenti relazionati alla termofisica dell’edificio (termodinamica, psicrometria, trasmissione del calore) senza però tralasciare il comfort negli ambienti confinati. Vengono inoltre fornite le conoscenze di base sulle principali tipologie impiantistiche, per inquadrarne l’utilizzo nell’ambito di una consapevole scelta progettuale che tenga conto delle interazioni tra edifico, ambiente esterno ed impianto, nonché del quadro legislativo e normativo vigente.

Dopo alcuni richiami di fisica classica, verranno trattati in maniera più approfondita gli argomenti più specificatamente relazionati alla termofisica dell’edificio, all'acustica edilizia ed all'illuminotecnica.
Particolare attenzione sarà posta al legame tra i fenomeni fisici studiati e le loro applicazioni nel campo del risparmio energetico, del benessere globale degli occupanti e della qualità dell’ambiente costruito.

Testi di base su cui approfondire lo studio degli argomenti trattati nel corso delle lezioni:
- Çengel Y. A., “Termodinamica e trasmissione del calore”, McGraw-Hill, Milano, 1998
- G.F.Cellai, S.Secchi “Fondamenti si acustica” CLU Ed. Firenze
- G. Dall’O “Architettura e impianti” Città Studi Edizioni
- G. Moncada Lo Giudice, L. De Santoli “Progettazione di impianti tecnici” Masson, Milano
integrati con dispense del corso aventi carattere monografico disponibili sul sito:
http://www.taed.unifi.it/fisica_tecnica/

- Modulo di Fisica tecnica Ambientale: Çengel Y. A., “Termodinamica e trasmissione del calore”, McGraw-Hill, Milano
- Modulo di Impianti Tecnici: G. Dall’O “Architettura e impianti” Città Studi Edizioni

Fornire le nozioni di base riguardo i fenomeni fisici fondamentali che regolano il sistema edificio impianto, nonché l’interazione tra uomo, edificio ed ambiente; il tutto finalizzato ad una progettazione energeticamente consapevole.
Acquisizione delle conoscenze di base sulle principali tipologie impiantistiche e dei loro requisiti prestazionali ai fini del benessere termo igrometrico, acustico e luminoso negli ambienti interni e della riduzione dei consumi energetici negli edifici.

Il corso si propone di fornire allo studente le nozioni di base riguardo i fenomeni fisici fondamentali che regolano il sistema edificio impianto, nonché l’interazione tra uomo, edificio ed ambiente; il tutto finalizzato ad una progettazione energeticamente consapevole.

Nessuno

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Lezioni del titolare del Corso eventualmente integrate da seminari su temi specifici in collaborazione con aziende del settore.

Lezioni frontali, seminari, esercitazioni

Corso integrato da 8 CFU
Programma dettagliato delle lezioni con indicazione dei riferimenti bibliografici specifici disponibile sul sito
http://www.taed.unifi.it/fisica_tecnica/

http://www.taed.unifi.it/fisica_tecnica/

Gli esami prevedono una parte scritta ed una orale.

test intermedi ed esame finale scritto ed orale

Unità di misura
Unità di misura fondamentali e derivate. Il Sistema internazionale di unità di misura.

Richiami di Fisica classica
Cinematica: il concetto di velocità ed accelerazione. Dinamica: concetto di forza, leggi di Newton, concetto di massa, peso e densità, forze di attrito. Lavoro ed energia: energia cinetica, potenziale ed elastica, principi di conservazione dell’energia, potenza. Meccanica dei fluidi: stati della materia, definizione di pressione, legge di Stevino e pressione idrostatica, legge di Pascal, principio di Archimede. Fluidodinamica: regimi di moto, coefficiente di viscosità dinamica e cinematica, numero di Reynolds, equazione di continuità e concetto di portata, teorema ed equazione di Bernoulli, resistenza al moto dei fluidi nei condotti, diagramma di Moody.

Termodinamica di base
Concetto di temperatura. Dilatazione termica. Sistema termodinamico. Primo Principio della Termodinamica per sistemi chiusi. Regimi stazionario e non stazionario. Entalpia. Capacità termica e calori specifici. Secondo Principio della Termodinamica. Enunciati di Kelvin-Plank e Clausius. Temperatura termodinamica. Macchina termica, macchina frigorifera, pompa di calore: prestazioni e funzionamento. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Teorema e ciclo di Carnot. Concetto di entropia. Termodinamica dei sistemi aperti. Equazione del bilancio delle masse. Equazione di continuità in regime stazionario. Bilancio dell’energia e Primo Principio della Termodinamica per un sistema aperto. Diagramma Termodinamico (p,v) per l’acqua. Stato fisico dei vapori saturi umidi: titolo del miscuglio e calore latente di vaporizzazione. Gas perfetti: equazione di stato e principali leggi dei gas perfetti (leggi di Boyle e Dalton). Cicli termodinamici.

Psicrometria dell’aria umida
Miscele di aria e vapor d’acqua: la psicrometria dell’aria. Principali proprietà delle miscele di aria umida: temperatura a bulbo secco, titolo, grado igrometrico, entalpia, temperatura di rugiada, di saturazione adiabatica e di bulbo umido. Descrizione del Diagramma psicrometrico e suo uso. Misura del grado igrometrico: lo psicrometro di Assman. Principali trasformazioni delle miscele di aria umida: riscaldamento e raffreddamento sensibile; raffreddamento con deumidificazione; umidificazione adiabatica; miscelazione adiabatica. Trattamento dell’aria in regime estivo ed invernale all’interno di una UTA.

Trasmissione del calore
Modalità di trasmissione del calore. Trasmissione del calore per Conduzione: legge di Fourier, equazione di Fourier, conduzione stazionaria, conduzione in regime variabile. Proprietà termofisiche dei materiali: coefficiente di conduzione e conduttanza, diffusività termica ed inerzia termica delle strutture edilizie. Strato piano semplice; strato piano multiplo; condotto circolare semplice e multiplo. Resistenza termica ed analogia elettrica.
Trasmissione del calore per Convezione: convezione naturale e forzata. Coefficiente di scambio termico convettivo. Analisi dimensionale e numeri puri (Nusselt, Reynolds, Grashof, Prandtl).
Trasmissione del calore per Irraggiamento termico: Effetto serra. Coefficiente di assorbimento, riflessione e trasmissione. Emissività. Potere emissivo integrale e specifico. Legge di Kirchhoff, di Stefan – Boltzmann e di Wien. Scambio termico tra superfici affacciate in regime stazionario. Fattori di vista. Contemporanea presenza di diverse modalità di scambio: la trasmittanza dei componenti edilizi. Coefficienti di adduzione. Problemi di condensa superficiale ed interstiziale nelle strutture murarie, metodo di Glaser.
Proprietà dei prodotti utilizzati in edilizia e loro comportamento termoigrometrico. Ponti termici in edilizia: definizione, valutazione e calcolo delle dispersioni. I componenti finestrati: principali prestazioni termofisiche e calcolo delle dispersioni. Principali norme UNI di riferimento e requisiti legislativi inerenti le prestazioni termofisiche dell’involucro dell’edificio.

Comfort termoigrometrico e IAQ all'interno di ambienti confinati
Il comfort termoigrometrico e gli indici di comfort. Il comfort respiratorio olfattivo e la qualità dell’aria interna (IAQ).

Illuminotecnica
La visione della luce, flusso luminoso, principali grandezze fotometriche.
Benessere visivo e requisiti illuminotecnici.
L’illuminazione naturale ed il fattore medio di luce diurna.
Illuminazione artificiale, curve e solidi fotometrici.

Acustica fisica e ambientale
Il suono ed il benessere acustico.
Propagazione del rumore all’aperto. Valutazioni di impatto e clima acustico.
Acustica architettonica, tempo di riverberazione, comportamento acustico dei materiali
Potere fonoisolante, isolamento acustico, rumori impattivi, indici di valutazione. Requisiti acustici passivi degli edifici.
Criteri di valutazione dell’effetto disturbante del rumore, principali normative in materia acustica, in particolare Legge 447/95 e relativi decreti applicativi.
Rumore degli impianti

Impianti di climatizzazione
Il sistema termodinamico edificio-.impianto.
Valutazione dei flussi di energia in uscita ed in entrata dal sistema edificio. Calcolo dei carichi termici di progetto invernale ed estivo degli edifici per il dimensionamento degli impianti.
La legislazione sul risparmio energetico in edilizia, integrazione e applicazione.
Impianti di riscaldamento, raffrescamento e condizionamento. Relazioni tra le tipologie edilizie ed i consumi energetici
Impianti di ventilazione naturale e meccanica.
Principali tipologie impiantistiche: impianti ad acqua, ad aria e misti aria-acqua. Principali tipologie di distribuzione dei fluidi vettori energetici.
Le centrali termiche e frigorifere. La sicurezza ai fini della prevenzione incendi.
I generatori di calore, i gruppi frigoriferi. Problematiche di inserimento degli impianti negli edifici: sicurezza ed ingombri.
I terminali d’impianto: principali tipologie (a scambio termico convettivo e radiativo). Cenni sulle modalità di dimensionamento degli impianti (generatori, scambiatori di calore e terminali). La regolazione degli impianti. Relazioni tra tipologie d’impianto, edificio ed ambiente.
Impianti a energia solare e a pompa di calore.
La certificazione energetica degli edifici.

Progettazione antincendio
Sicurezza antincendio negli edifici. Principi, sistemi e metodi della prevenzione incendi. Concetti di protezione passiva ed attiva, compartimentazione e classe d'incendio, vie e percorsi d'esodo.
Impianti e presidi antincendio: agenti estinguenti e tipologie di impianti antincendio, estintori, impianti ad idranti e naspi, sprinkler, segnalatori di fumo, cenni
sui grandi rischi (GPL, Serbatoi, Depositi)

Impianti idrico-sanitari
Impianti di approvvigionamento idrico: reti di distribuzione, criteri di dimensionamento, materiali.
Sistemi di raccolta e smaltimento delle acque reflue: criteri di dimensionamento, ventilazione degli scarichi e materiali. Principali sistemi di trattamento delle acque usate a dispersione o verso la rete fognaria.

Impianti elettrici
Cenni sulla produzione e distribuzione dell’energia elettrica, materiali ed apparecchiature.
Guida per l’integrazione nell’edificio degli impianti elettrici utilizzatori. Materiali ed apparecchiature.

Il programma dell’insegnamento è articolato in due moduli:

- Modulo di Fisica Tecnica Ambientale (4 CFU)
- Modulo di Impianti Tecnici (4 CFU)

Modulo di Fisica Tecnica Ambientale
Sono affrontati gli aspetti teorici necessari alla comprensione dei principali fenomeni fisici aventi relazioni dirette da un lato con l’analisi delle prestazioni di singoli sistemi e componenti e dall’altro con le prestazioni del sistema termodinamico edificio-impianto avente relazione più stretta con il progetto di architettura sotto i profili energetico e delle condizioni di benessere ambientale per gli individui.
In pratica si comprendono, ad un livello congruente con la figura professionale dell’Architetto, i fenomeni fisici che sovrintendono al funzionamento degli edifici, alle relazioni degli stessi con l’ambiente circostante e alle condizioni da soddisfare per il conseguimento del benessere degli occupanti.
Gli argomenti di insegnamento sono:
Richiami di Fisica classica
Relazioni e significato fisico delle unità di misura del sistema internazionale
Cinematica, dinamica, lavoro ed energia, meccanica dei fluidi e fluidodinamica.
Termodinamica di base
Sistema termodinamico, concetto di entropia, Teorema e ciclo di Carnot.
Motore termico, macchina frigorigena e pompa di calore.
Equazione del bilancio delle masse, dell’energia e Principi della Termodinamica, Cicli termodinamici.
Gas perfetti. Il concetto di sistema termodinamico applicato al complesso edificio-.impianto.
Psicrometria dell’aria umida
Miscele di aria e vapor d’acqua. Diagramma psicrometrico e suo uso. Principali trasformazioni delle miscele di aria umida. Trattamento dell’aria in regime estivo ed invernale.
Trasmissione del calore
Trasmissione del calore per Conduzione, conduzione in regime stazionario e variabile. Proprietà termofisiche dei materiali: coefficiente di conduzione e conduttanza, diffusività termica ed inerzia termica delle strutture edilizie.
Trasmissione del calore per Convezione: convezione naturale e forzata. Coefficiente di scambio termico convettivo.
Trasmissione del calore per Irraggiamento termico: Effetto serra. Emissività. Leggi dell’irraggiamento. Scambio termico tra superfici affacciate in regime stazionario. Fattori di vista. Trasmittanza dei componenti edilizi. Coefficienti di adduzione.
Condensa superficiale ed interstiziale nelle strutture murarie, metodo di Glaser.
Ponti termici: definizione, valutazione e calcolo delle dispersioni.
I componenti finestrati: prestazioni termofisiche e calcolo delle dispersioni.
Norme UNI di riferimento e requisiti legislativi inerenti le prestazioni termofisiche dell’involucro dell’edificio.
Cenni sul comfort termoigrometrico e sulla qualità dell’aria interna (IAQ).

Modulo di Impianti tecnici
Sono affrontati prioritariamente gli strumenti ed i metodi necessari per il controllo dei carichi termici degli edifici dai quali discendono il dimensionamento degli impianti meccanici necessari per assicurare il contenimento dei consumi energetici in regime invernale ed estivo; sono studiate le condizioni di benessere desiderate estese, oltre che al benessere termoigrometrico, al benessere acustico ed illuminotecnico. Sono infine studiate le principali tipologie di impianti meccanici, idrico-sanitari ed elettrici a servizio degli edifici, le problematiche di inserimento nonché quelle legate alla sicurezza sia per l’edificio che per gli impianti.
In pratica si comprendono, ad un livello congruente con la figura professionale dell’Architetto, tipologie e modalità di dimensionamento e funzionamento degli impianti, interrelazioni con il progetto di architettura e condizionamenti relativi alle problematiche di funzionamento e inserimento degli impianti in relazione anche alla sicurezza antincendio.
Gli argomenti di insegnamento sono:
Il sistema termodinamico edificio-impianto
La legislazione sul risparmio energetico in edilizia, integrazione e applicazione.
Valutazione dei flussi di energia in uscita ed in entrata dal sistema.
Calcolo dei carichi termici di progetto invernale ed estivo per il dimensionamento degli impianti.
La certificazione energetica degli edifici.
Tipologie di impianti di climatizzazione
Principali tipologie impiantistiche: impianti ad acqua, ad aria e misti aria-acqua, i terminali d’impianto. Principali tipologie di distribuzione dei fluidi vettori energetici. Impianti di ventilazione naturale e meccanica. Le centrali termiche e frigorigene.
I generatori di calore, i gruppi frigorigeni. Problematiche di inserimento degli impianti negli edifici.
Cenni sulle modalità di dimensionamento degli impianti (generatori, scambiatori di calore e terminali).
La regolazione degli impianti.
Relazioni tra tipologie d’impianto, edificio ed ambiente.
Impianti a energia solare e a pompa di calore.
Progettazione antincendio
Principi, sistemi e metodi della prevenzione incendi. Concetti di protezione passiva ed attiva, compartimentazione e classe d'incendio, vie e percorsi d'esodo.
Impianti e presidi antincendio: agenti estinguenti e tipologie di impianti antincendio, estintori, impianti ad idranti e naspi, sprinkler, segnalatori di fumo, cenni sui grandi rischi (GPL, Serbatoi, Depositi)
Impianti idrico-sanitari
Reti di distribuzione, sistemi di raccolta e smaltimento delle acque reflue: criteri di dimensionamento, ventilazione degli scarichi e materiali. Principali sistemi di trattamento delle acque usate a dispersione o verso la rete fognaria.
Illuminotecnica
La visione della luce, flusso luminoso, principali grandezze fotometriche.
Benessere visivo e requisiti illuminotecnici.
L’illuminazione naturale ed il fattore medio di luce diurna.
Illuminazione artificiale e principali tipologie di sorgenti luminose.
Acustica fisica e ambientale
Propagazione del suono all’aperto. Valutazioni di impatto e clima acustico: benessere acustico.
Acustica architettonica, comportamento acustico dei materiali.
Requisiti acustici passivi degli edifici.
Criteri di valutazione dell’effetto disturbante del rumore, principali normative in materia acustica.
Controllo del rumore degli impianti
Impianti elettrici
Cenni sulla produzione e distribuzione dell’energia elettrica, materiali ed apparecchiature.
Guida per l’integrazione nell’edificio degli impianti elettrici utilizzatori. Materiali ed apparecchiature.