OBIETTIVI FORMATIVI GENERALI

La disciplina concorre alla formazione di base degli allievi e mira a fornire loro le conoscenze fondamentali per l’implementazione di tecniche di progettazione mirate alla sostenibilità energetica e ambientale. Il corso è finalizzato all'acquisizione dei fondamenti della Fisica Tecnica riguardanti le applicazioni proprie dell'ambiente confinato.

PROGRAMMA DEL CORSO 

In dettaglio la disciplina affronterà i seguenti argomenti: 

INTRODUZIONE AL CORSO

Clima ed energia. Sostenibilità energetica ed edifici low-energy. Introduzione alla Termodinamica. Concetti fondamentali: Grandezze fisiche, unità di misura e sistemi di misura, fattori di conversione. Analisi dimensionale. Questionario di ingresso

CONCETTI FONDAMENTALI DELLA TERMODINAMICA

Definizione di sistema termodinamico, superficie di confine e ambiente. Sistemi chiusi e aperti, isolati e non isolati. Proprietà termodinamiche (Temperatura, pressione, volume), estensive e intensive, specifiche. Trasformazioni termodinamiche e stati di equilibrio di un sistema Definizione di calore, lavoro, energia interna, energia potenziale ed energia cinetica. Problemi applicativi sugli argomenti trattati.

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Analisi energetica dei sistemi chiusi, bilanci di energia, definizione del Primo Principio della Termodinamica e applicazione ai sistemi chiusi in regime stazionario. Primo Principio applicato alle trasformazioni fondamentali (isocora, isobara e isoterma). Definizione di entalpia, definizione di capacità termica e di calore specifico. Equazione di stato dei gas perfetti. Lavoro di una trasformazione isoterma. Sostanze pure. Fasi delle sostanze: energia di coesione ed energia cinetica. Diagrammi di stato per trasformazioni con cambiamento di fase. Problemi applicativi sugli argomenti trattati.

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Definizione di macchina termica e macchina frigorifera. Rendimento di una macchina termica. COP di una macchina frigorifera. Enunciati di Kelvin-Planck e di Clausius. Definizione di Entropia.

TRASMISSIONE DEL CALORE

Introduzione, principi, modalità. Conduzione termica in regime stazionario e monodimensionale. Equazione di Fourier. Conducibilità termica, materiali isolanti e conduttori. Resistenza termica alla conduzione, conduttanza termica. Materiali isolanti. Convezione: legge di Newton, coefficiente di convezione, convezione forzata, convezione naturale. Irraggiamento termico. Scambio termico in modalità combinata attraverso una parete multistrato. Resistenza termica globale e trasmittanza termica della parete. Adduzione interna ed esterna.

ANALISI TERMOIGROMETRICA DEGLI ELEMENTI DI INVOLUCRO

Cenni di aria umida e psicrometria, pressione parziale di vapore e pressione di saturazione. Proprietà dell’aria umida: umidità relativa, umidità specifica, temperatura di rugiada, entalpia specifica. Diagramma psicrometrico.

Condensa superficiale e interstiziale nelle pareti. Analisi termo-igrometrica degli elementi di involucro edilizio. Verifica termo-igrometrica superficiale e interstiziale. Permeabilità al vapore dei materiali e resistenza al vapore di una parete. Diagramma di Glaser. Risoluzione di problemi applicativi.

CENNI SULLA PRODUZIONE DI ENERGIA DA FONTI RINNOVABILI NEGLI EDIFICI

Decarbonizzazione, transizione energetica e politiche europee di riferimento. Energia solare e impianti fotovoltaici, energia eolica, energia geotermica, biomasse.

Ultimo aggiornamento: 03-08-2023

1. Yunus Çengel “Termodinamica e Trasmissione del Calore” McGraw-Hill. Fourth Edition.

2. Materiale didattico del docente pubblicato alla pagina http://www.unirc.it/didattica/scheda_persona.php?id=783

3. M.J. Moran, H.N. Shapiro, B.R. Munson, D.P. DeWitt, Introduction to Thermal Systems Engineering, Thermodynamics, Fluid Mechanics and Heat Transfer, J. Wiley & Sons, Inc., 2003

Ultimo aggiornamento: 03-08-2023

Al fine di conseguire i risultati attesi per il programma del corso, l’offerta didattica, articolata nelle differenti attività, persegue i seguenti obiettivi formativi specifici:

- Acquisizione di una metodologia di analisi per la risoluzione di problemi di conversione tra le diverse forme dell’energia con riguardo particolare alla presenza delle forme termica e meccanica;

- Studio delle applicazioni tipiche della termofisica degli edifici, per l’analisi del comportamento termico degli elementi di involucro edilizio, attraverso l’acquisizione delle leggi che governano i meccanismi di scambio termico in regime stazionario;

- Acquisizione delle conoscenze necessarie per l’individuazione di soluzioni per il miglioramento delle prestazioni energetiche degli edifici, secondo la normativa vigente.

- Acquisizione delle conoscenze sugli aspetti fondamentali e applicativi della termodinamica e della trasmissione del calore, anche con riferimento al tema della sostenibilità ambientale.

- Acquisizione delle conoscenze riguardanti la termofisica dell’edificio per le applicazioni progettuali previsti nei laboratori didattici successivi, come supporto al processo di selezione dei componenti di involucro e agli impianti tecnici integrati, sulla base delle nuove strategie internazionali orientate agli obiettivi di decarbonizzazione e di efficienza energetica 

In dettaglio, il corso è finalizzato a far acquisire agli studenti:

1.Conoscenza e capacità di comprensione (descrittore di Dublino 1) 

Lo studente acquisirà specifiche conoscenze teoriche, metodologiche e operative nel campo della Fisica Tecnica. Sarà in grado di comprendere le complesse relazioni che i processi di conversione dell’energia nel settore degli edifici.

2.Capacità di applicare conoscenza e comprensione (descrittore di Dublino 2) 

Lo studente acquisirà la capacità di:

- analizzare le problematiche della conversione tra le diverse forme dell’energia con riguardo particolare alla presenza della forma termica;

- descrivere i sistemi termodinamici e le trasformazioni più significative utilizzate nella realizzazione applicativa dei processi di scambio termico;

- analizzare i principali meccanismi della trasmissione del calore al fine di risolvere alcuni semplici casi di scambio termico;

- valutare gli aspetti generali che riguardano il benessere termo-igrometrico;

- applicare i principi fisici ai casi reali per poi integrarli nelle scelte delle tecniche per realizzare manufatti edilizi di elevata qualità termofisica.

3.Autonomia di giudizio (descrittore di Dublino 3) 

L’acquisizione dei metodi di indagine proposti consentirà allo studente di affrontare le problematiche connesse con il calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici, formulare valutazioni sull’efficacia di soluzioni di design e suggerire soluzioni di risparmio energetico per edifici.

4.Abilità comunicative (descrittore di Dublino 4) 

Le modalità di svolgimento del corso e quelle della verifica finale sono mirate a promuovere le capacità di comunicazione da parte dello studente verso un’utenza esterna, costituita dai portatori di interesse privati ed istituzionali.

5.Capacità d’apprendimento (descrittore di Dublino 5)

Acquisizione di competenze tecniche in applicazione delle conoscenze di base dei corsi pregressi. Acquisizione di terminologie, linguaggi, metodologie numeriche e descrittive, al fine di:

1. fornire allo studente le conoscenze di base per analizzare le problematiche della conversione tra le diverse forme dell’energia con riguardo particolare alla presenza della forma termica;

2. descrivere i sistemi termodinamici e le trasformazioni più significative utilizzate nella realizzazione applicativa dei sopraccitati processi;

3. fornire allo studente l’approccio metodologico per l’analisi dei principali meccanismi della trasmissione del calore al fine di risolvere alcuni semplici casi di scambio termico;

4.fornire allo studente le conoscenze di base per affrontare i problemi legati al miglioramento delle prestazioni energetiche e i metodi di indagine per l'analisi energetica, secondo la normativa vigente.

Ultimo aggiornamento: 19-09-2023

Nessun prerequisito

Ultimo aggiornamento: 03-08-2023

TIPOLOGIA DELLE ATTIVITÀ FORMATIVE

Distribuite per le ore di didattica frontale (10 ore=1 cfu) (come da registro)

Lezioni (ore/anno in aula):36

Esercitazioni (ore/anno in aula):24

Esercitazioni guidate fuori dall’orario di lezione (ore/anno in aula): 10

Calendario delle attività formative 

Settimane 1-3: Introduzione, concetti fondamentali della termodinamica, energia, potenza e sistemi energetici

Settimana 4: Primo principio della termodinamica 

Settimana 5: Esercitazioni primo principio della termodinamica e cicli termodinamici 

Settimana 6: Secondo principio della termodinamica 

Settimana 7: Esercitazioni secondo principio della termodinamica 

Settimana 8: Trasmissione del calore

Settimana 9: Esercitazioni trasmissione del calore

Settimana 10: Analisi termoigrometrica degli elementi di involucro

Settimana 11: Esercitazioni analisi termoigrometrica degli elementi di involucro

Settimana 12: Fonti energetiche rinnovabili

LAVORO AUTONOMO DELLO STUDENTE

1 cfu=25 ore (10 ore frontale/15 a cura dello studente*)

- Il lavoro autonomo dello studente consisterà nelle seguenti attività (90 ore):

- studio e approfondimento sui libri di testo degli argomenti di carattere teorico e applicativo trattati durante le  ore di didattica frontale;

- svolgimento degli esercizi assegnati dal docente relativi al programma svolto

- preparazione esami

Ultimo aggiornamento: 03-08-2023

La frequenza è obbligatoria. Saranno ammessi agli esami finali solo gli studenti che abbiano frequentato almeno il 70% delle lezioni

Ultimo aggiornamento: 07-08-2023

L’apprendimento verrà verificato in una fase intermedia e finale.

La verifica intermedia consisterà nella consegna di esercitazioni obbligatorie per l’ammissione all’esame finale. Agli esami potranno accedere solo gli studenti che avranno raggiunto una frequenza non inferiore al 70% (Art. 14 del Regolamento Didattico).

L’esame di profitto consisterà in un colloquio orale, concernente quesiti di natura sia applicativa che teorica, riguardanti gli argomenti trattati nel Corso. L'esame è volto a verificare la capacità dello studente di applicare le conoscenze acquisite durante il corso e di risolvere semplici problemi di fisica tecnica. 

La votazione, espressa in trentesimi, verrà assegnata sulla base del livello di raggiungimento dei risultati attesi secondo gli indicatori di Dublino.

Per gli studenti che ottengano un risultato insufficiente o si ritirino durante la prova, il docente valuterà se potranno sostenere nuovamente l'esame nella stessa sessione o dovranno presentarsi solo a partire dalla sessione successiva.

Esso sarà dato secondo la seguente scala di giudizio:

Eccellente 30 - 30 e lode: Ottima conoscenza degli argomenti, ottima proprietà di linguaggio, buona capacità analitica, lo studente è in grado di applicare le conoscenze per risolvere i problemi proposti.

Molto buono 26 - 29: Buona padronanza degli argomenti, piena proprietà di linguaggio, lo studente è in grado di applicare le conoscenze per risolvere i problemi proposti.

Buono 24 - 25: Conoscenza di base dei principali argomenti, discreta proprietà di linguaggio, con limitata capacità di applicare autonomamente le conoscenze alla soluzione dei problemi proposti.

Soddisfacente 21 – 23: Non ha piena padronanza degli argomenti principali dell’insegnamento ma ne possiede le conoscenze, soddisfacente proprietà di linguaggio, scarsa capacità di applicare autonomamente le conoscenze acquisite.

Sufficiente 18 – 20: Minima conoscenza di base degli argomenti principali dell’insegnamento e del linguaggio tecnico, scarsissima o nulla capacità di applicare autonomamente le conoscenze acquisite.

Insufficiente: Non possiede una conoscenza accettabile dei contenuti degli argomenti trattati nell'insegnamento. 

Ultimo aggiornamento: 03-08-2023

Goal 4 - Istruzione di qualità

Goal 7 - Energia pulita e accessibile

Goal 11 - Città e comunità sostenibili

Goal 12 - Consumo e produzione responsabili

Goal 13 - Lotta al cambiamento climatico

Ultimo aggiornamento: 03-08-2023