Partendo da nozioni fondamentali si passa poi a trattare il benessere termico, gli impianti termo-frigoriferi e gli impianti di ventilazione con la fisica dell’aria umida.
Si esamina le fasi che conducono alla redazione di un progetto inerente un impianto Hvac ed esaminata la valutazione economica delle scelte progettuali.
Infine si tratta l’acustica e l’illuminotecnica e si illustrata i nuovi concetti di sostenibilità ed ESG.
Contenuto del corso - Cognomi H-Z
Termodinamica, Sistemi termodinamici Primo e Secondo Principio Psicrometria Trasformazioni termodinamiche dell’aria umida e condizionamento ambientale Esempi sui cicli termodinamici degli impianti di condizionamento invernale ed estivo Trasmissione del Calore, Regime stazionari e transitori e periodici stabilizzati Conduzione, convezione (naturale e forzata), irraggiamento Scambi di Massa e di Energia, Energia interna, Entalpia, Entropia Exergia
Per quanto riguarda la parte teorica si farà riferimento a dispense e slides, entrambe in formato digitale, appositamente redatte dal Docente e fornite sulla predisposta piattaforma.
Per quanto riguarda le esercitazioni si farà altresì riferimento a specifici documenti, distinti dai precedenti, anch’essi comunque caricati in Moodle, unitamente ad altro eventuale materiale ritenuto utile.
Testi di base su cui approfondire lo studio degli argomenti trattati nel corso delle lezioni:
- Y. A. Çengel, G. Dall'Ò, L. Sarto, "Fisica tecnica ambientale. Con elementi di acustica e illuminotecnica", McGrawHill Education, Milano 2017
- G. Dall’O, “Architettura e impianti”, Città Studi Edizioni, Torino 2003
- A. Quinterio, "Progettazione Impiantistica. Linee guida per la progettazione di impianti di climatizzazione e idricosanitari”, Maggioli Editore, RN 2011
1) Romagnoni P., Peron F., Vio M., Elementi di Fisica Tecnica Ambientale, CEDAM, Padova
2) De Santoli L., Fisica Tecnica Ambientale-Trasmissione del calore, C.E.A. , Milano, 1999
3) F. Kreith – Principi di Trasmissione del Calore – ed. Liguori.
4) Y. Cengel – Termodinamica e trasmissione del calore – McGraw-Hill
5) G. Guglielimini, C. Pisoni – Elementi di trasmissione del calore – Ed. Veschi.
Obiettivi Formativi - Cognomi A-G
L’obiettivo del corso è quello di fornire agli studenti le nozioni di base riguardo i fenomeni fisici fondamentali che regolano il sistema edificio-impianto nonché l’interazione tra uomo, edificio e ambiente, ai fini di una consapevole progettazione.
E così, con tali premesse, l’erogazione degli strumenti e dei metodi di base per poter valutare gli esiti delle diverse alternative progettuali, e delle molteplici implicazioni che tali alternative hanno, diviene quantomai importante. Sostanziale quindi risulta essere l’acquisizione delle conoscenze inerenti le principali tipologie impiantistiche e i loro requisiti prestazionali ai fini del comfort ambientale (termico-igrometrico, acustico e luminoso) e della riduzione dei consumi energetici.
Altrettanto necessaria risulta essere la valutazione economica degli investimenti energetici legati alla progettualità di un’opera, sia essa rappresentata da una riqualificazione che da una nuova costruzione, comunque in abbinamento, agli aspetti di sostenibilità riferibili al pertinente contesto normativo europeo e nazionale.
Infine, risulta oltremodo importante l’acquisizione di un atteggiamento professionale che sia propositivo e collaborativo al fine di rendere il più possibile, ogni situazione lavorativa, un’occasione di crescita, sia come tecnici che come individui.
Obiettivi Formativi - Cognomi H-Z
Far conoscere i temi fondamentali della termodinamica e della trasmissione del calore per la comprensione dei sistemi (edificio ed impianto), di processi utili per il raggiungimento del benessere termoigrometrico, qualità dell’aria in ambiente confinato, igiene e sicurezza con particolare riferimento a quelli della climatizzazione invernale ed estiva, della ventilazione e della filtrazione (purezza) dell’aria in ambiente; far acquisire metodi e strumenti idonei per il progetto del sistema edificio-impianto energeticamente sostenibile considerando le grandezze fisiche e i processi che lo caratterizzano affrontando gli aspetti progettuali relativi i temi propri della termofisica dell’edificio, della climatizzazione e dell’uso razionale delle risorse energetiche.
Prerequisiti - Cognomi A-G
Nessuno.
Prerequisiti - Cognomi H-Z
Algebra elementare. Derivate parziali, differenziali ed integrali. Equazioni differenziali omogenee, espansione in serie.
Conoscenza integrali doppi, calcolo superfici Conoscenza coordinate di vario tipo.
Elementi di base di chimica e di fisica
Metodi Didattici - Cognomi A-G
Lezioni del titolare del Corso eventualmente integrate da seminari su temi specifici in collaborazione con aziende e professionisti del settore.
Metodi Didattici - Cognomi H-Z
Lezioni ex-catedra ed esercitazioni
Altre Informazioni - Cognomi A-G
In generale, durante le lezioni, non sarà consentito l’uso di computer portatili, tablet e smartphone, tranne che nelle sessioni in cui essi siano espressamente richiesti dal Docente per lo svolgimento di alcuni compiti. Tali dispositivi, infatti, anche quando usati per prendere appunti, potrebbero essere una distrazione per altri studenti, e quindi, costituire più una criticità che un beneficio. Il suggerimento, quindi, è di prendere appunti su carta perché tale attività è molto utile per elaborare e memorizzare le informazioni ricevute.
L’apprendimento è individuale e deve essere frutto dell’impegno esclusivo dello studente. Anche l’eventuale svolgimento dei test facoltativi è individuale, e il pertinente esito, deve dimostrare la reale preparazione dello studente stesso. Nelle occasioni dei test, agli studenti, sarà consentito solo l’uso di una penna, della calcolatrice e dei fogli/documenti forniti dal Docente.
La collaborazione può essere altresì consentita, e talvolta dal Docente perfino incoraggiata, solo durante lo svolgimento delle esercitazioni nonché durante la loro correzione in classe.
Ulteriori informazioni possono essere reperite sulla piattaforma moodle, e-learning, relativamente all'insegnamento in oggetto.
Altre Informazioni - Cognomi H-Z
L'esame mira a verificare, attraverso domande teoriche, che esercizi specifici e mirati:
- la conoscenza dei temi e leggi fondamentali della termodinamica;
- la conoscenza dei temi e leggi fondamentali dello scambio termico anche con cambiamento di fase;
- la capacità di usare in modo appropriato la terminologia e le metodologie di analisi della Fisica Tecnica;
- la capacità di comprendere la letteratura inerente i diversi approcci metodologici all’analisi dei sistemi termodinamici chiusi ed aperti;
- la capacità di acquisire gli strumenti ed i metodi per proseguire gli studi in materia sapendo affrontare e risolvere i problemi connessi nonché inquadrare le tematiche e problematiche proprie della progettazione del sistema edificio-impianto
Modalità di verifica apprendimento - Cognomi A-G
È previsto un esame finale orale nel quale sarà valutata la conoscenza di più argomenti tra tutti quelli trattati a lezione. Durante il suo svolgimento le domande verteranno sulla verifica dell’acquisizione di concetti base e nozioni specifiche nonché sullo svolgimento di uno o più esercizi della tipologia sperimentata durante le lezioni esercitative.
Lungo il corso potranno essere altresì proposti dei test intermedi, pensati e somministrati per gruppi omogenei di argomenti. La partecipazione ai test è facoltativa ma, il raggiungimento di una media sufficiente, calcolata sulle rispettive valutazioni della totalità dei test previsti, potrà permettere agli studenti che abbiano raggiunto un voto medio pari o superiore a 18/30, di non sostenere l’esame finale orale.
Coloro i quali non partecipino a tutti test intermedi previsti saranno tenuti a sostenere l’esame finale orale sopra descritto.
Modalità di verifica apprendimento - Cognomi H-Z
L'esame consiste in una prova scritta finalizzata alla verifica della capacità di applicazione e comprensione dei temi fondamentali della Fisica Tecnica Ambientale, disciplina trasversale a molte altre materie
Programma del corso - Cognomi A-G
CAPITOLO 1 – I FONDAMENTALI
1.1 Unità di misura nel SI
1.2 Multipli e sottomultipli
1.3 Calore e temperatura
1.4 Potenza termica
1.5 Benessere ambientale
CAPITOLO 2 – SISTEMI E IMPIANTI
2.1 Impianti meccanici
2.2 Impianti tecnici
2.3 Sistemi energetici
CAPITOLO 3 – IMPIANTI DI RISCALDAMENTO E CONDIZIONAMENTO
3.1 Componenti per la produzione di calore
3.3 Componenti per l’emissione
CAPITOLO 4 – IMPIANTI DI VENTILAZIONE
4.1 Termodinamica dell’aria umida (diagramma psicrometrico)
4.2 Macchine per il trattamento dell’aria
4.3 Componenti per la distribuzione dell’aria
4.4 Componenti per la diffusione dell’aria
CAPITOLO 5 - LE FASI PROGETTUALI DEGLI IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE
5.1 Specifiche di progetto
5.2 Calcolo dei carichi termici
5.3 Scelta e schematizzazione della soluzione impiantistica
5.4 Dimensionamento degli impianti
5.5 Disegno esecutivo degli impianti
5.6 Stesura del computo metrico
CAPITOLO 6 – VALUTAZIONE ECONOMICA DEGLI INVESTIMENTI ENERGETICI
6.1 Meccanismi di capitalizzazione e attualizzazione
6.2 Flussi di cassa attualizzati e V.A.N.
6.3 Il fattore di annualità
6.4 Parametri per il calcolo del V.A.N.
CAPITOLO 7 – APPROFONDIMENTI
7.1 Fondamenti di acustica
7.2 Fondamenti di illuminotecnica
7.3 Modellazione energetica dei sistemi edificio/impianto
7.4 Sostenibilità e criteri ESG (Enviroment, Social e Governance)
Programma del corso - Cognomi H-Z
TERMODINAMICA
il sistema termodinamico Aperto e Chiuso
Primo e Secondo Principio della termodinamica – Principio di Carnot – Temperatura termodinamica
Sistemi termodinamici, grandezze di stato e di scambio. Bilanci di massa. Primo principio della termodinamica per sistemi chiusi ed aperti. Energia interna, entalpia e calori specifici. Rendimenti di conversione dei cicli diretti ed efficienza dei cicli frigoriferi ed a pompa di calore. Enunciati del secondo principio della termodinamica.
Concetto di entropia e analisi entropiche – Concetto di exergia ed analisi exergetiche
Psicrometria
Gas ideali e sostanze pure
Gas ideali: equazione di stato; calori specifici; valutazione di energia interna ed entalpia. Sostanze pure: stati di aggregazione della materia, transizioni di fase, definizione di calore di vaporizzazione/condensazione.
Sistemi Omogenei - Aria umida – Trasformazioni termodinamiche dell’aria umida e condizionamento ambientale
Proprietà termodinamiche dell’aria umida, diagrammi psicrometrici, trasformazioni tecniche dell'aria umida.
Esempi sui cicli termodinamici degli impianti di condizionamento invernale ed estivo ‘a tutta aria’ e misti aria-acqua
Concetto di benessere termoigrometrico e carichi termici ambientali
TRASMISSIONE DEL CALORE IN REGIME STAZIONARIO
CONDUZIONE: Legge di Fourier - Equazione generale della conduzione - Conduzione in regime stazionario - Conduzione monodimensionale stazionaria senza generazione di calore: pareti piane, cilindriche e sferiche con conducibilità termica costante o variabile con la temperatura - Pareti composte piane, cilindriche e sferiche con conducibilità termica costante - Analogia elettrica - Coefficiente globale di scambio termico per geometrie piane e cilindriche - Spessore critico di un isolante – Conduzione monodimensionale stazionaria con generazione di calore
CONVEZIONE: convezione forzata, naturale e mista - Numeri di Nusselt, Prandtl e Grashof - Equazioni fondamentali del moto non isotermo - Analisi dimensionale.
IRRAGGIAMENTO: Radiazioni termiche e Radiazioni Luminose - Grandezze fondamentali: potere emissivo monocromatico, angolare ed integrale - Leggi dell’irraggiamento: di Lambert, di Planck, di Wien, di Stefan-Boltzmann - Coefficienti di riflessione, trasmissione ed assorbimento - Corpi neri - Corpi grigi e corpi reali - Emissività - Legge di Kirchoff - Radiosità - Fattori di vista - Relazioni fra i fattori di vista: di reciprocità, di additività e di chiusura - Scambio termico fra superfici nere – Scambio termico fra superfici grigie.
CENNI ALLA TRASMISSIONE DEL CALORE IN REGIME TRANSITORIO
IMPIANTI DI RISCALDAMENTO
Tipologie ed elementi principali di un impianto di riscaldamento ad acqua calda. Pannelli radianti e sistemi a radiatori
IMPIANTI IDRICO-SANITARI
Valutazione dei fabbisogni. Produzione diretta ed indiretta di acqua calda.
IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO DELL'ARIA
Tipologie Processi di condizionamento estivo e invernale. Cenni alla ventilazione e suoi schemi di flussaggio. Tipologie di flussaggio e di getto. Tipologie impiantistiche per il condizionamento civile.
Le unità di trattamento aria. I canali di distribuzione e i diffusori dell'aria.
Calcolo dei carichi termici estivi: metodi semplificati. Fondamenti di qualità dell’aria in ambienti confinati (Indoor Aie Quality, IAQ) . Normativa vigente in materia
CENNI ALLE RINNOVABILI E IMPIANTI CHE INTEGRANO ED UTILIZZANO LE ENERGIE RINNOVABILI
RISPARMIO ENERGETICO E CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI
Cenni ai CAM. Cenni alla certificazione energetica LEED. Il sistema edificio-impianto. criteri di massimizzazione dell'isolamento dell'involucro edilizio. Massimizzazione del rendimento del sistema impiantistico. Utilizzo di fonti energetiche rinnovabili: l'energia solare. Pompe di calore. La normativa di riferimento sulla certificazione energetica degli edifici. Cenni sui metodi di calcolo e di valutazione della certificazione energetica.
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile - Cognomi A-G
3 - Salute e benessere
7 - Energia pulita e accessibile
13 - Agire per il clima
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile - Cognomi H-Z