Fondamenti e applicazioni della Fisica Tecnica negli ambiti dell’ingegneria civile, edile ed ambientale, dell’architettura, della pianificazione territoriale e del disegno industriale. L’approfondimento scientifico caratteristico riguarda i fondamenti della termodinamica, della termofluidodinamica, della trasmissione del calore, dell’illuminazione e dell’acustica, nonché l’uso
razionale dell’energia, l’impiego delle fonti energetiche rinnovabili.
Testi di base
- 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
Testi aggiuntivi per approfondimenti
- Dispense consegnate dal titolare del corso su specifici argomenti
- G. Moncada Lo Giudice, L. De Santoli “Progettazione di impianti tecnici” Masson, Milano
- G.F.Cellai, S.Secchi “Fondamenti si acustica” CLU Ed. Firenze
Obiettivi Formativi - Parte A
L’obiettivo del corso è quello di fornire allo studente le conoscenze di base sui fenomeni fisici fondamentali che regolano il sistema edificio-impianto, nonché l’interazione tra uomo, edificio ed ambiente. Ciò allo scopo di consentire una progettazione energeticamente consapevole e quanto più possibile sostenibile dal punto di vista ambientale, in linea con quanto previsto dal quadro normativo nazionale ed internazionale, sempre più sensibile alle problematiche legate alla conservazione dell’energia ed all’ambiente. Per ciascun argomento trattato sono altresì portati a conoscenza i principali riferimenti al quadro normativo e legislativo che abbia relazioni cogenti con il progetto e riportate esemplificazioni nel campo della progettazione del componente, dell’involucro edilizio e della progettazione architettonica. Sono poi acquisite conoscenze impiantistiche delle principali tipologie di impianti meccanici, idrico sanitari, elettrici, di illuminazione e le principali nozioni di prevenzione incendi. Pertanto lo studente avrà le capacità di gestire la fase di progettazione architettonica degli edifici con la piena consapevolezza degli esiti delle scelte attuate in termini di sostenibilità in senso lato, compresa quella normativa, avendo la possibilità di dialogare ed interagire con altre figure professionali (termotecnico, impiantista, tecnici in acustica ed illuminotecnica) al fine di individuare le soluzioni ottimali.
In sintesi, il corso rivolge la sua attenzione all’approfondimento dei principali fenomeni fisici ed alla definizione dei modelli matematici che li rappresentano, con lo scopo di favorire la progettazione di ambienti confortevoli dal punto di vista termico, acustico e luminoso e acquisire conoscenza delle diverse tipologie di impianti tecnici civili, sapendone gestire la progettazione di massima e la conformità alle normative.
Le conoscenze acquisite trovano pratica applicazione sia in altre discipline dell’area progettuale e tecnologica del corso di laurea in Architettura, sia nell’insegnamento di Tecniche del Controllo Ambientale nei laboratori al quarto anno, e sono essenziali per le competenze richieste dallo svolgimento dell’attività professionale di tipo ordinistico.
Prerequisiti - Parte A
È consigliabile che gli studenti abbiano frequentato e sostenuto l’esame di “Istituzioni di Matematica”.
Metodi Didattici - Parte A
La trattazione del programma è integrata, nel corso delle lezioni, con esercitazioni numeriche, analisi di casi studio e seminari tematici al fine di fornire strumenti quanto più concreti ed applicativi per la valutazione della conformità del progetto ai requisiti ambientali, sia con lezioni frontali che con seminari a cui sono invitati esperti dei diversi settori.
Altre Informazioni - Parte A
Gli studenti avranno a disposizione su CD tutte le lezioni tenute dal docente. Altre dispense del corso aventi carattere monografico sono disponibili sul sito del docente in unifi
Modalità di verifica apprendimento - Parte A
Nei moduli del corso (“Fisica Tecnica Ambientale” e “Impianti Tecnici”) sono previste prove intermedie.
Al fine di meglio verificare la preparazione degli studenti, l’esame consiste in una prova scritta ed una orale.
Programma del corso - Parte A
Il programma dell’insegnamento è articolato in due moduli:
- Modulo di Fisica Tecnica Ambientale (4 CFU)
- Modulo di Impianti Tecnici (4 CFU)
I contenuti degli insegnamenti suddetti sono strettamente correlati con il modulo di Tecniche del Controllo Ambientale che è inserito nei Laboratori di Tecnologia al quarto anno.
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 acustico ed illuminotecnico.
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 ed ai parametri necessari per soddisfare 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.
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.
Modulo di Impianti tecnici
Sono affrontati prioritariamente gli strumenti ed i metodi necessari per il calcolo e controllo dei carichi termici degli edifici dai quali discendono il progetto di architettura ed il dimensionamento degli impianti meccanici necessari per assicurare il contenimento dei consumi energetici in regime invernale ed estivo soddisfacendo nel contempo il benessere degli occupanti; sono analizzati i principali parametri da controllare aventi influenza sulle condizioni di benessere. Sono pertanto studiati i principi generali che sovrintendono al funzionamento degli impianti le principali tipologie di impianti meccanici, idrico-sanitari ed elettrici a servizio degli edifici, le problematiche 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 progettazione per la prevenzione incendi.
Gli argomenti di insegnamento sono:
Il sistema termodinamico edificio-impianto
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 valutazione delle prestazioni energetiche degli edifici: relazioni tra potenza degli impianti e consumo di energia.
Tipologie di impianti di climatizzazione
Principali tipologie impiantistiche: impianti ad acqua, ad aria e misti aria-acqua, i terminali d’impianto.
Impianti di ventilazione naturale e meccanica
Impianti autonomi e centralizzati
Principali tipologie di distribuzione dei fluidi vettori energetici.
Principali tipologie di generazione di fluidi caldi e freddi.
Le fonti di energia rinnovabili ed i relativi impianti ( cenni sugli impianti a pompa di calore, eolici, geotermici, aerotermici, solari termici e fotovoltaici).
Cenni sulle modalità di dimensionamento degli impianti (generatori, scambiatori di calore e terminali), sulla regolazione degli impianti.
Acustica fisica e edilizia
Propagazione del suono all’aperto. Principali meccanismi di attenuazione del suono.
Acustica architettonica, comportamento acustico dei materiali. Materiali e sistemi fonoassorbenti.
Requisiti acustici passivi degli edifici.
Cenni sul controllo del rumore generato dagli impianti
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.
Impianti elettrici e Illuminotecnica
Cenni sulla produzione e distribuzione dell’energia elettrica, materiali ed apparecchiature.
Cenni sugli impianti elettrici residenziali
Guida per l’integrazione nell’edificio degli impianti elettrici. Materiali ed apparecchiature.
La visione della luce, flusso luminoso, principali grandezze fotometriche.
L’illuminazione naturale ed il fattore medio di luce diurna.
Illuminazione artificiale e principali tipologie di sorgenti luminose, curve e solidi fotometrici.
Esempi pratici di dimensionamento di impianto elettrico per un appartamento e di illuminazione artificiale per un ufficio.