Fondamenti e applicazioni della Fisica Tecnica negli ambiti dell’
ingegneria civile, edile ed ambientale, dell’architettura, della
pianificazione territoriale e del disegno industriale.
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
Çengel Y. A., “Termodinamica e
trasmissione del calore”, McGraw-Hill, Milano
G. Dall’O “Architettura e impianti” Città Studi Edizioni
Testi aggiuntivi per approfondimenti
-G. Moncada Lo Giudice, L. De Santoli “Progettazione di impianti tecnici” Masson, Milano
- G.F.Cellai, S.Secchi “Fondamenti si acustica” CLU Ed. Firenze
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
Acquisire conoscenze di base sui fenomeni fisici fondamentali (termici, acustici e illuminotecnici) dell’interazione tra uomo ed ambiente, e sugli impianti tecnologici in modo da rendere gli edifici internamente confortevoli, protetti dai fattori climatici e le competenze per una progettazione energeticamente consapevole per lo svolgimento dell’attività professionale con la piena consapevolezza degli esiti delle scelte attuate in termini di sostenibilità in senso lato, 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.
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
È consigliabile che gli studenti abbiano frequentato e sostenuto l’esame di “Istituzioni di Matematica
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 frontali.
Metodi Didattici - Cognomi H-Z
Lezioni ex-catedra ed esercitazioni
Altre Informazioni - Cognomi A-G
Dispense delle lezioni fornite su CD
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
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.
Modalità di verifica apprendimento - Cognomi H-Z
L'esame consiste in una prova scritta
Programma del corso - Cognomi A-G
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.
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.
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.
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.
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
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile - Cognomi H-Z