Obiettivi Formativi

Il corso di Impianti Termotecnici verte sulla progettazione degli impianti di climatizzazione ed energetici integrabili in edilizia. Agli studenti verranno fornite le conoscenze e le abilità sia teoriche che applicative necessarie per: - individuare i dati di progetto dell’impianto in base alle conoscenze acquisite sul comfort termoigrometrico; - individuare i dati di progetto dell’impianto in base alle conoscenze acquisite sull’Indoor Air Quality (IAQ); - individuare i dati di progetto dell’impianto in base alle conoscenze acquisite sui fattori astronomici e geografici del clima e sulle caratteristiche termofisiche dell’involucro edilizio. - applicare metodologie di calcolo dei carichi termici invernali/estivi di una generica tipologia edilizia facendo riferimento alle normative specifiche; - scegliere la tipologia d’impianto più adeguata all’applicazione in base ad una valutazione critica delle prestazioni energetiche e dell’impatto ambientale delle principali soluzioni impiantistiche selezionate; - scegliere e dimensionare i principali componenti e sottosistemi dell’impianto; - valutare la possibilità di integrare sistemi energetici che utilizzano fonti rinnovabili finalizzata alla riduzione dei consumi energetici; - sviluppare la capacità di applicare le conoscenze acquisite per risolvere problemi relativi a tematiche nuove o non familiari, attraverso lo svolgimento di attività di sviluppo pratico di concetti teorici utilizzando tecniche e strumenti adeguati con l’analisi di esempi pratici o applicazioni ed esercitazioni da svolgere sia individualmente che in gruppo; - produrre relazioni di calcolo ed elaborati del progetto espressi in linguaggio tecnico adeguato. - acquisire la capacità di studiare in modo auto-diretto o autonomo.

Learning Goals

The course of Thermo-technical Systems focuses on the design of air conditioning and energy systems that can be integrated into buildings. Students will be provided with the theoretical and applicative knowledge and skills necessary to: - identify the plant design data based on the knowledge acquired on thermo-hygrometric comfort; - identify the plant design data based on the knowledge acquired on Indoor Air Quality (IAQ); - identify the plant design data based on the knowledge acquired on astronomical and geographic climate factors and thermo-physical characteristics of the building envelope. - applying calculation methods of the winter/summer thermal loads of a generic building typology by referring to specific regulations; - choose the most appropriate type of plant for the application based on a critical assessment of the energy performance and environmental impact of the main selected plant solutions; - evaluate the possibility of integrating energy systems using renewable sources aimed at reducing energy consumption; - choosing and sizing the main components and subsystems of the plant. - develop the ability to apply the acquired knowledge for problems solving related to new or non-common issues, by carrying out practical activities of theoretical concepts using appropriate techniques and tools, with the analysis of practical examples to be carried out both individually or in groups. - to produce calculation and project reports expressed in appropriate technical language. - acquire the ability to study in an autonomous way.

Metodi didattici

Il corso prevede lo svolgimento di lezioni frontali e di esercitazioni numeriche in classe guidate dal docente, sia individuali che di gruppo. Le lezioni verranno svolte tramite presentazioni power point e tramite l’utilizzo della lavagna. Nel corso delle lezioni e delle esercitazioni si stimolerà costantemente negli studenti l’analisi critica degli argomenti trattati così che possano verificare il proprio livello di comprensione acquisendo, al contempo, un linguaggio tecnico adeguato e la capacità di applicare le tematiche affrontate

Teaching Methods

The course includes lectures in the classroom and guided exercises in the classroom with teacher support, both individually and in groups. The lectures will be provided with the support of power point presentation and by using the blackboard. Students will constantly be encouraged to critically analyze the topics covered to verify their level of understanding while acquiring, at the same time, an adequate technical language and the ability to apply the issues addressed

Prerequisiti

È richiesta una conoscenza delle nozioni di base di analisi matematica (calcolo differenziale e integrale), fisica generale (dimensioni e unità di misura; forza, energia e lavoro; principi e leggi fondamentali della meccanica e della fluidodinamica) e termodinamica.

Prerequisites

The basic knowledge of mathematical analysis (differential and integral calculus), general physics (units of measurement; force, energy, and work; fundamental principles and laws of mechanics and fluid dynamics), and thermodynamics is required.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento prevede un esame composto da una prova scritta e da una prova orale cui è possibile accedere solo se il risultato della prova scritta è sufficiente. La prova scritta consiste nella risoluzione di tre esercizi numerici vertenti su tutto il programma svolto. La prova scritta è giudicata insufficiente se da essa si evince che lo studente non è in grado di applicare le conoscenze acquisite. Il tempo assegnato per la prova scritta è di due ore. La prova orale consiste nell'esposizione di argomenti vertenti su tutto il programma svolto. I parametri di valutazione della prova scritta riguardano primariamente la capacità di applicazione delle conoscenze acquisite nella risoluzione di problemi numerici. Nelle prove orali si approfondiranno i livelli delle conosce acquisite, l’abilità di organizzare discorsivamente la conoscenza e la capacità di ragionamento critico, così come la qualità dell’esposizione. Gli studenti che frequentano regolarmente il corso potranno svolgere delle prove in itinere scritte il cui superamento li esonera dalla prova scritta. La partecipazione alle prove in itinere non è obbligatoria. Sono previste due prove in itinere, una a metà corso e una al termine del corso, ciascuna delle quali consistente di due esercizi. Se una delle due prove non viene superata lo studente dovrà sostenere la prova scritta prevista negli appelli d’esame ordinari risolvendo esclusivamente gli esercizi vertenti sugli argomenti della prova in itinere non superata. Il termine di validità delle prove in itinere o della prova scritta, se superati, è la fine del corrente anno accademico (30 Settembre). Le prove in itinere e l’esame scritto verranno giudicati come approvati o non approvati per l’accesso all’esame orale. La valutazione finale, espressa in trentesimi, terrà conto della valutazione complessiva della prova scritta e di quella orale. Durante le prove scritte, gli studenti potranno utilizzare calcolatrici, tabelle e grafici.

Assessment

The exams will consist of a written exam and an oral interview-based exam. Access to the oral interview is subject to the sufficient evaluation of the written exam. The written exam consists of solving three exercises concerning the entire program. The written exam is deemed insufficient if it is clear from it that the student is not able to apply the knowledge acquired. The time allotted for the written test is two hours. The oral interview consists of the discussion of topics concerning the whole program. The evaluation parameters of the written exam primarily concern with the ability to apply the acquired knowledge in solving numerical problems. In the oral exam the levels of knowledge acquired, the ability to discursively organize knowledge and critical reasoning skills, as well as the quality of the presentation, will be evaluated. Students who regularly attend the course will have the possibility to carry out ongoing written exams. The positive evaluation of the ongoing written test will exempt the students from the final written one. Participation in the ongoing tests is not compulsory. There are two ongoing tests, one immediately after the first half of the course and one after the second half. If one of the two ongoing written tests is not passed, the student will have to take the written exam provided for in the ordinary exam sessions, solving only the exercises relating to the topics of the ongoing test not passed. The validity of the ongoing test or the final written exam, if passed, is the end of the current academic year (September 30th). The evaluation of the written exam and the ongoing tests is expressed as pass/fail, while the score of the final evaluation is expressed as score out of thirty and takes into account both the written and the oral interview-based exam. During oral interview and written exams, the student will be allowed using the calculator, tables, and graphs.

Programma del Corso

-ELEMENTI DI PSICROMETRIA: Miscele di gas perfetti. Miscele di aria e vapor d'acqua. Psicrometria. Entalpia associata. Diagrammi psicrometrici di Mollier e di Grosvenor (Carrier - ASHRAE). Trasformazioni principali dell'aria umida. Trasformazioni tipiche per il condizionamento invernale ed estivo. -COMFORT TERMOIGROMETRICO: Bilancio energetico del corpo umano. La termoregolazione del corpo umano. Comfort termico ed indici di discomfort globale/locale. Scelta delle condizioni termoigrometriche interne di progetto. -QUALITA’ DELL’ARIA INTERNA: Sorgenti e inquinanti indoor. Diluizione degli inquinanti. Percezione soggettiva dell’IAQ. Metodo di Fanger. Normativa sulla qualità dell'aria e requisiti di ventilazione degli edifici. -CONDIZIONI TERMOIGROMETRICHE ESTERNE DI PROGETTO: Radiazione solare e fattori geografici del clima. -TERMOFISICA DELL’EDIFICIO: Proprietà dei componenti edilizi opachi e trasparenti. Calcolo della trasmittanza termica. Ponti termici: classificazione e metodo di calcolo. Definizione e calcolo della permeanza al vapore dei componenti edilizi. Verifica alla formazione di condensa superficiale ed interstiziale. Bilancio di massa di un ambiente. Bilancio termico di un ambiente. Bilancio per l’intero edificio. Calcolo del carico termico invernale. Calcolo del carico termico estivo. -GLI IMPIANTI DI RISCALDAMENTO: La produzione del caldo. Combustione e combustibili. Bruciatori. Caldaie e generatori di vapore. Camini. Collettori solari. Pompe di calore. Impianti centralizzati ed autonomi ad acqua calda. Apparecchi utilizzatori: radiatori, pannelli radianti, ventilconvettori. Fluido termovettore. Reti di distribuzione. Calcolo delle portate e dimensionamento delle tubazioni. Dimensionamento della pompa. Centrali termiche. Dispositivi di controllo e di sicurezza. Vasi di sfogo dell’aria. Vasi d’espansione. -GLI IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO DELL’ARIA: La produzione del freddo. Ciclo frigorifero. Coefficiente di performance. Fluidi frigorigeni. Macchine frigorifere a compressione di vapore. Macchine frigorifere per il condizionamento dell’aria. Macchine frigorifere ad assorbimento. Impianti a tutt’aria monocondotto e doppio condotto. Impianti monozona e multizona. Impianti ad acqua. Impianti misti aria-acqua. Impianti a induzione. Le Unità di Trattamento Aria. Tipologie e dimensionamento dei canali di distribuzione dell’aria e dell’acqua. Ventilatori. Curve caratteristiche. Terminali ambiente. Impianti a portata costante e a portata variabile. -SISTEMI DI POLIGENERAZIONE: Impianti di cogenerazione e trigenerazione. Gruppi frigoriferi ad assorbimento. Principi base per il dimensionamento degli impianti di cogenerazione. Impianti integranti sistemi che utilizzano energie rinnovabili. Regolazione dei sistemi e sottosistemi impiantistici. Cogenerazione ad alto rendimento e certificati bianchi.

Course Syllabus

- ELEMENTS OF PSICHROMETRY: Perfect gas mixtures. Mixtures of air and water vapor. Psychrometric. Associated enthalpy. Psychrometric charts of Mollier and Grosvenor (Carrier - ASHRAE). Main transformations of humid air. Typical transformations for winter and summer conditioning. - THERMAL COMFORT: Energy balance of the human body. The thermoregulation of the human body. Thermal comfort and global/local discomfort indices. Choice of internal thermohygrometric conditions of the project. - INDOOR AIR QUALITY: Indoor sources and pollutants. Dilution of pollutants. Subjective perception of the IAQ. Fanger method. Air quality regulation and building ventilation requirements. - EXTERNAL THERMO-HYGROMETRIC PROJECT CONDITIONS: Solar radiation and geographic climate factors. - BUILDING THERMOPHYSICS: Properties of opaque and transparent building components. Calculation of thermal transmittance. Thermal bridges: classification and calculation method. Definition and calculation of the vapor permeance of building components. Verification of superficial and interstitial condensation. Mass balance of an environment. Thermal balance of an environment. Budget for the whole building. Calculation of the winter thermal load. Calculation of the summer heat load. - THE HEATING SYSTEMS: Heat production. Combustion and fuels. Burners. Boilers and steam generators. Fireplaces. Solar collectors. Heat pumps. Centralized and autonomous hot water systems. User appliances: radiators, radiant panels, fan coils. Heat transfer fluid. Distribution networks. Flow rate calculation and pipe sizing. Sizing of the pump. Thermal power stations. Control and safety devices. Air vent vessels. Expansion vessels. - AIR-CONDITIONING PLANTS: Cold production. Refrigerator cycle. Performance coefficient. Refrigerant fluids. Steam compression refrigerating machines. Refrigerating machines for air conditioning. Absorption refrigerators. Single-line and double-duct 100% fresh air unit systems. Single-zone and multi-zone systems. Water systems. Mixed air-water systems. Induction systems. - THE AIR TREATMENT UNITS. Types and dimensioning of air and water distribution channels. Fans. Characteristic curves. Environment terminals. Constant flow rate and variable flow rate systems. - POLYGENERATION SYSTEMS: cogeneration and trigeneration plants. Basic design principles. Absorption cooling systems. Integrated systems that use renewable energy. System regulation and plant subsystems. High efficiency cogeneration and the White Certificates.