Obiettivi Formativi

L’obiettivo del corso di Impianti Termotecnici e Analisi Energetica è fornire agli studenti competenze e conoscenze alla base del funzionamento dei sistemi di climatizzazione degli ambienti e la generazione di energia termica e frigorifera. Le suddette competenze e conoscenza verranno applicate al dimensionamento e progettazione degli impianti di climatizzazione e di poligenerazione dell’energia. Inoltre gli allievi acquisiranno conoscenze dei fondamenti delle analisi energetiche. Agli studenti verranno fornite le competenze e le abilità sia teoriche che applicative necessarie per il raggiungimento dei suddetti obiettivi. Le conoscenze teoriche verranno dunque applicate per risolvere problemi relativi a casi studio reali relativi agli impianti termotecnici e all’uso efficiente dell’energia. Il corso ha inoltre l’obiettivo di trasferire la conoscenza con un appropriato linguaggio scientifico in modo da sviluppare la capacità di elaborazione dei concetti con piena autonomia e a permettere una sicura ed efficace comunicazione sia con interlocutori esperti nella materia che con interlocutori non specialisti e di diversa formazione.

Learning Goals

The scope of the Thermal Plants and Energy Analysis course is to provide skills and knowledge of the working principles of air conditioning systems, and heat and cooling production. These skills and knowledge will be applied to the design and sizing of Heating, Ventilation and Air-Conditioning (HVAC), and energy polygeneration systems. Furthermore, the students will understand the fundamentals of energy analysis and energy audits. The students will be provided with theoretical and applied knowledge that are necessary for achieving the above goals. Hence, the students will apply the theoretical knowledge to identify, analyze and solve problems related to the thermal plants and efficient energy use. The course also aims to transfer the knowledge with an appropriate scientific language in order to develop the ability to elaborate concepts with full autonomy and to effectively communicate both with an expert and non-expert audience.

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

Italiano 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. Inglese The course includes lectures in the classroom and guided exercises in the classroom with teacher support, both individually and in groups. The lessons will be provided with the support of PowerPoint presentations 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 del calcolo differenziale e integrale, di dimensioni e unità di misura, forza, energia e lavoro. È richiesta inoltre la comprensione e la conoscenza dei principi e le leggi fondamentali della meccanica, della fluidodinamica e della termodinamica.

Prerequisites

It is necessary the knowledge of differential and integral calculus, units of measurement, force, energy, and work. The comprehension and knowledge of 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. La prova orale consiste nell'esposizione di argomenti vertenti su tutto il programma svolto. I parametri di valutazione delle prove scritte 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 di un anno solare dalla data dell’esame o dell’ultima prova. La votazione di ogni prova è espressa in trentesimi e la valutazione finale è la media pesata delle votazioni riportate nella prova scritta (o nelle prove in itinere) e nella prova orale. Il peso della prova orale vale 0.6, mentre 0.4 è il peso della prova scritta. Le singole prove in itinere, di conseguenza, avranno un peso nella media pari a 0.2 per ogni prova. Durante le diverse prove, gli studenti potranno usare 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 oral exam consists of the discussion of topics concerning the whole program. The evaluation parameters of the written exams primarily concern with the ability to apply the acquired knowledge in solving numerical problems. In the oral tests 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 exams will exempt the students from the final written one. Participation in the ongoing exams 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 exams is not passed, the student will have to take the written test 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 or the final written tests, if passed, is one calendar year. The evaluation of each exam is expressed in score out of thirty, while the score of the final evaluation is determined as weighted average of all the obtained scores. The weight of the oral interview is 0.6, while the weight of the written exam is 0.4. Consequently, the weight of each ongoing written exam is 0.2. During oral interview and written exams, the student will be allowed using tables, calculators, 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. Recuperi termici di processo PRINCIPI DELLA DIAGNOSI ENERGETICA: attività diagnostica. Raccolta dati. Interventi e valutazione del risparmio.

Course Syllabus

Italiano (numero di caratteri spazi inclusi da 1500 a 4000 per ciascuna lingua) 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. Recuperi termici di processo PRINCIPI DELLA DIAGNOSI ENERGETICA: attività diagnostica. Raccolta dati. Interventi e valutazione del risparmio. Inglese 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 SISTEMS: 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. Heat recovery. ENERGY AUDIT: audit activities. Data collection. Energy and economic savings activities.