99624 - BUILDING PHYSICS AND ENERGY EFFICIENT BUILDING DESIGN

Conoscenze e abilità da conseguire

The course introduces students to building physics topics, principle of HVAC and energy efficient building systems. It describes energy modelling techniques for analysing buildings as an integrated system of interacting components and processes leading to low energy consumption and to satisfy occupant comfort. At the end of the course the student will have acquired knowledge on the thermal behaviour of the building system and has acquired the design skills for different types of technological envelopes and HVAC plants for closed spaces.

Contenuti

1. TERMODINAMICA

1.1 Introduzione.
Introduzione alla Termodinamica.
Principio zero della Termodinamica.
Definizione di temperatura e scale di temperatura.
1.2 Primo e secondo principio.
Primo principio della Termodinamica per sistemi chiusi.
Secondo principio della Termodinamica per sistemi chiusi:
enunciati di Kelvin-Planck, di Clausius e loro equivalenza.
Macchine di Carnot. Temperatura termodinamica.
Irreversibilità dei fenomeni naturali.
1.3 Sistemi aperti.
Bilanci di massa per sistemi aperti.
Bilanci di energia per sistemi aperti.
Esempi di interesse applicativo.
1.4 Miscele d'aria e vapor d'acqua.
Descrizione delle miscele d'aria e vapor d'acqua.
Trasformazioni psicrometriche.
Cenni di condizionamento ambientale.
Misure di grado igrometrico.

2. TRASMISSIONE DEL CALORE

2.1 Conduzione.
Legge di Fourier. Equazione di Fourier.
Soluzione in regime stazionario: strato piano, strato cilindrico.
Raggio critico.
Analogia elettrica. Ponti termici.
Misure di conduttività termica.
Materiali per l'isolamento termico.
2.2 Convezione.
Coefficiente di convezione.
Analisi dimensionale e similitudine.
Convezione forzata, naturale e mista.
Strato limite dinamico e termico.
2.3 Irraggiamento termico.
Definizioni di base. Corpi neri e corpi grigi.
Leggi di Stefan-Boltzmann, di Planck, di Wien, di Lambert, di Kirchhoff.
Scambio di energia tra superfici completamente affacciate e parzialmente affacciate.
Irraggiamento solare.
2.4 Contemporanea presenza di diverse modalità di scambio.
Coefficiente globale di scambio termico.

3. ACUSTICA APPLICATA

3.1 Acustica fisica.
Il fenomeno sonoro. Principali grandezze acustiche.
Velocità del suono nei vari mezzi.
Onde piane, sferiche, cilindriche, stazionarie.
3.2 Acustica psicofisica (cenni).
Sistema uditivo umano.
Disturbo e danno da rumore.
3.3 Livelli sonori decibel e spettri.
Scala dei decibel.
Filtri di (1/n di) ottava.
Curve di ponderazione in frequenza.
Metrica dei livelli sonori.
Misuratori di livello sonoro.
Cenni all'analisi di Fourier.
3.4 Acustica edilizia.
Isolamento acustico: leggi fondamentali.
Leggi e norme tecniche.
Valutazione delle prestazioni acustiche dell'edificio nel suo insieme a partire dalle prestazioni dei componenti.
3.5 Acustica degli ambienti chiusi.
Trattazione geometrica.
Trattazione energetica-statistica. Riverberazione.
Formule di Sabine e di Norris-Eyring del tempo di riverberazione.
Cenni alla trattazione ondulatoria.
Materiali e sistemi passivi fonoassorbenti.

4. IMPIANTI DI RISCALDAMENTO
Tipologie ed elementi principali di un impianto di riscaldamento ad acqua calda.

5. IMPIANTI IDRICO-SANITARI
Valutazione dei fabbisogni.
Produzione diretta ed indiretta di acqua calda.

6. IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO DELL'ARIA
Processi di condizionamento estivo e invernale.
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.

7. RISPARMIO ENERGETICO E CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI

Esercitazione pratica con utilizzo di software per la diagnosi energetica degli edificiIl 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.

8. ILLUMINOTECNICA

Il sistema visivo umano (cenni). Fotometria. Grandezze fotometriche fondamentali. Cenni alle misure fotometriche. Sorgenti luminose artificiali. Lampade ad incandescenza. Lampade a scarica nei gas. I sistemi a LED. Apparecchi illuminanti. Illuminazione artificiale. Illuminazione artificiale di interni. Illuminazione naturale di interni. Illuminazione delle opere d'arte.Calcolo del fabbisogno energetico per l’illuminazione negli edifici

Testi/Bibliografia

Heat And Mass Transfer; 6th Edition, Si Units; Yunus A. Cengel Dr. and Afshin J. Ghajar; Mc Graw Hill

Metodi didattici

Durante le lezioni verranno discusse tutte le problematiche indicate nel programma. Le lezioni saranno integrate da esercitazioni numeriche in aula. Sarà utilizzato anche software per la diagnosi energetica degli edifici e simulazione illuminotecnica. Un tutor sarà disponibile fuori dall'orario delle lezioni per chiarimenti ed integrazioni.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame finale consiste in una prova scritta ed un colloquio orale, aventi come oggetto le nozioni fornite durante il corso. La prova scritta consiste di norma in 8 quesiti, di cui 6 domande di teoria e 2 esercizi numerici. Per essere ammessi a sostenere la prova orale è necessario ottenere nella prova scritta un punteggio minimo di 18/30. La prova orale consiste in un colloquio volto a dimostrare la padronanza e capacità operativa del candidato in relazione ai concetti chiave illustrati durante il corso.
Il superamento dell’esame sarà garantito agli studenti che dimostreranno padronanza e capacità operativa in relazione ai concetti chiave illustrati nell'insegnamento, ed in particolare verrà valutata la conoscenza del comportamento termico del sistema edificio impianto. Un punteggio più elevato sarà attribuito agli studenti che dimostreranno di aver compreso ed essere capaci di utilizzare tutti i contenuti dell’insegnamento illustrandoli con capacità di linguaggio, risolvendo problemi anche complessi, mostrando buona capacità operativa. Il mancato superamento dell’esame potrà essere dovuto all'insufficiente conoscenza dei concetti chiave, alla mancata padronanza del linguaggio tecnico.

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore per PC e materiale scaricabile dal sito web docente

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Luca Barbaresi