ITALIANO

1) I CONCETTI FONDAMENTALI DELLA TERMODINAMICA
2) DETERMINAZIONE FASE E PROPRIETÀ DELLE SOSTANZE PURE
3) BILANCIO DI MASSA E PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER I SISTEMI CHIUSI E PER I SISTEMI APERTI
4) PROPRIETA’ E TRASFORMAZIONI ELEMENTARI DELL’ARIA UMIDA NEGLI IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE
5) BENESSERE TERMO-IGROMETRICO: COMPONENTI E FUNZIONAMENTO DEGLI IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE
6) POMPE DI CALORE REVERSIBILI A COMPRESSIONE DI VAPORE ELETTRICHE
7) TRASMISSIONE DEL CALORE PER CONDUZIONE
8) TRASMISSIONE DEL CALORE PER CONVEZIONE
9) TRASMISSIONE DEL CALORE PER IRRAGGIAMENTO
10) VERIFICA TERMOIGROMETRICA E INERZIA TERMICA DEGLI ELEMENTI OPACHI DELL’INVOLUCRO EDILIZIO
11) ILLUMINOTECNICA
12) ACUSTICA

Il testo di riferimento è:
Autori: Yunus A. Cengel, Giuliano dall'O', Luca Sarto; Titolo: “Fisica Tecnica ambientale con elementi di acustica ed illuminotecnica”; Luogo di edizione: Milano; Casa editrice: McGraw Hill; Data edizione: 2017; Numero edizione: Prima Edizione; Numero di pagine: 469, Lingua: Italiano.
Il testo di riferimento è integrato con ulteriore materiale didattico di supporto (slides, tabelle, diagrammi) caricato dal docente sulla pagina web istituzionale dell’insegnamento.

L’insegnamento di Fisica Tecnica si prefigge l’obiettivo di fornire le conoscenze di base sulle discipline della termodinamica, della trasmissione del calore, dell’illuminotecnica e dell’acustica. Al termine del percorso formativo lo studente dovrà conoscere gli argomenti trattati e saper applicare le conoscenze acquisite ai fini dell'analisi energetica degli edifici e degli impianti dedicati al controllo del comfort termo-igrometrico in ambienti confinati.
In particolare, lo studente dovrà essere in grado di:
- determinare le proprietà termodinamiche delle sostanze pure monocomponente e dell’aria umida;
- impostare e risolvere bilanci di massa e energia;
- risolvere problemi di trasmissione del calore;
- determinare l’illuminamento in un punto prodotto da una o più sorgenti luminose;
- calcolare il livello di pressione sonora totale dovuto alla presenza di più sorgenti sonore ed il tempo di riverberazione di uno spazio confinato.

Elementi di Fisica e Matematica di base.

L’insegnamento di Fisica Tecnica si articolerà in 80 ore di lezioni frontali, comprensive di 21 ore di esercitazione.
La frequenza delle lezioni è obbligatoria. Per poter accedere all’esame di profitto finale sarà necessario raggiungere una percentuale minima di presenza del 70%. Le presenze verranno registrate in aula all’inizio della lezione mediante la firma da parte degli studenti di un apposito modulo fornito dal docente.

La verifica dell’apprendimento sarà effettuata secondo una delle seguenti alternative (a scelta degli studenti): a) n. 3 prove scritte intercorso; b) esame di profitto finale scritto e orale.
Ogni prova scritta intercorso consisterà in esercizi numerici relativi ad una specifica parte dell’insegnamento e avrà una durata diversa in funzione della parte di programma di riferimento. Ad ogni prova intercorso verrà assegnato un punteggio in trentesimi; il punteggio complessivo sarà la media aritmetica dei punteggi delle singole prove scritte intercorso. Lo studente che avrà ottenuto un punteggio complessivo di almeno 18/30 sarà esonerato dall’esame di profitto finale.
L’esame di profitto finale (per gli studenti che non hanno partecipato/superato le prove intercorso) consisterà in una prova scritta ed in una prova orale. La prova scritta sarà costituita da 5 esercizi riguardanti tutto il programma dell’insegnamento; essa avrà una durata di 1,5 ore; ad essa verrà assegnato un punteggio in trentesimi. La prova scritta risulterà superata solo nel caso di punteggio almeno pari a 18/30 e sarà propedeutica alla prova orale. La prova orale in aula si svolgerà con un colloquio articolato in domande riguardanti tutto il programma dell’insegnamento; essa mirerà a valutare la capacità dello studente di collegamenti critici, di sintesi, di esposizione e di uso del lessico specialistico. Alla prova orale sarà assegnato un punteggio in trentesimi. Il punteggio complessivo dell’esame di profitto finale sarà la media aritmetica dei punteggi della prova scritta e della prova orale e dovrà essere almeno pari a 18/30 per superare l’esame.
Durante le prove scritte intercorso e la prova scritta finale sarà possibile consultare solo le tabelle ed i diagrammi forniti dal docente; sarà consentito l’uso della calcolatrice e non sarà consentito l’uso di PC, smart phone, tablet.

Saranno caricate sulla pagina web istituzionale dell’insegnamento e messe a disposizione degli studenti le slides usate durante le lezioni e tabelle/diagrammi per risolvere gli esercizi.

1) I CONCETTI FONDAMENTALI DELLA TERMODINAMICA (10 ore di lezioni frontali):
Scopi e metodi della termodinamica. Le proprietà di un sistema termodinamico. Le forme di energia. Le unità di misura e le cifre significative. Interazioni sistema-ambiente e trasformazioni. I sistemi chiusi e i sistemi aperti. Lo scambio di energia in modalità calore e lavoro.

2) DETERMINAZIONE DELLA FASE E DELLE PROPRIETÀ DELLE SOSTANZE PURE (6 ore di lezioni frontali, incluse 2 ore di esercitazione):
Le sostanze pure. Le fasi di una sostanza pura. I cambiamenti di fase delle sostanze pure. Diagrammi di stato pressione-temperatura e pressione-entalpia specifica. L’equazione di stato dei gas ideali. Calori specifici e variazioni di energia interna/entalpia specifica dei gas ideali. Calore specifico e variazioni di energia interna/entalpia specifica dei liquidi.

3) BILANCIO DI MASSA E PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER I SISTEMI CHIUSI E PER I SISTEMI APERTI (6 ore di lezioni frontali, incluse 2 ore di esercitazione):
Bilancio di massa e energia per i sistemi chiusi. Bilancio di massa e energia per i sistemi aperti.

4) BENESSERE TERMO-IGROMETRICO: COMPONENTI E FUNZIONAMENTO DEGLI IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE (2 ore di lezioni frontali):
Cenni sui parametri di influenza sul benessere. Elementi costitutivi, caratteristiche tecniche e prestazionali, layout, obiettivi, principi di funzionamento e installazione degli impianti di climatizzazione.

5) PROPRIETA’ E TRASFORMAZIONI ELEMENTARI DELL’ARIA UMIDA NEGLI IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE (14 ore di lezioni frontali, incluse 4 ore di esercitazione):
La composizione delle miscele di gas. Aria secca e aria atmosferica. Umidità specifica e umidità relativa. La temperatura di rugiada. Il diagramma psicrometrico. Il benessere termo igrometrico e il condizionamento dell’aria. Trasformazioni elementari per il condizionamento dell’aria: mescolamento adiabatico, semplice raffreddamento, raffreddamento con deumidificazione, semplice riscaldamento, riscaldamento con umidificazione.

6) POMPE DI CALORE REVERSIBILI A COMPRESSIONE DI VAPORE ELETTRICHE (2 ore di lezioni frontali):
Componenti, principi di funzionamento e installazione, caratteristiche tecniche, parametri prestazionali delle pompe di calore reversibili a compressione di vapore elettriche.

7) TRASMISSIONE DEL CALORE PER CONDUZIONE (8 ore di lezioni frontali, incluse 3 ore di esercitazione):
La conducibilità termica. La resistenza termica conduttiva. La conduzione termica stazionaria nelle pareti piane monostrato o multistrato.

8) TRASMISSIONE DEL CALORE PER CONVEZIONE (2 ore di lezioni frontali, inclusa 1 ora di esercitazione):
Il fenomeno fisico della convezione forzata e naturale. Il coefficiente di scambio termico convettivo.

9) TRASMISSIONE DEL CALORE PER IRRAGGIAMENTO (8 ore di lezioni frontali, incluse 2 ore di esercitazione):
La radiazione termica. Le proprietà radiative. Il corpo nero. Leggi di Stefan-Boltzmann, Planck e Wien. I corpi grigi. Il fattore di vista. La trasmissione di calore per irraggiamento tra superfici grigie e diffondenti.

10) VERIFICA TERMOIGROMETRICA E INERZIA TERMICA DEGLI ELEMENTI OPACHI DELL’INVOLUCRO EDILIZIO (6 ore di lezioni frontali, incluse 3 ore di esercitazione):
Legge di Fick. Permeabilità al vapore dei materiali. Condensazione superficiale e interstiziale. Metodo di Glaser.

11) ILLUMINOTECNICA (8 ore di lezioni frontali, di cui 2 ore di esercitazione scritta):
La luce. La visione. La sensibilità relativa. Le sorgenti luminose artificiali e relative caratteristiche. Gli apparecchi di illuminazione. I parametri illuminotecnici caratteristici: flusso luminoso, intensità luminosa, illuminamento, temperatura di colore correlata, indice di resa cromatica. Il calcolo dell'illuminamento puntuale.

12) ACUSTICA (8 ore di lezioni frontali, di cui 2 ore di esercitazione scritta):
Il suono. La pressione sonora. I livelli di pressione sonora. L'audiogramma normale. La somma di livelli di pressione sonora.

ITALIAN

1) Fundamentals of Thermodynamics
2) Determination of phase and Properties of pure substances
3) Mass balance and first law of thermodynamics: closed and open systems
4) Moist air and psychrometrics applications IN HEATING, VENTILATION AND AIR-CONDITIONING SYSTEMS
5) THERMO-HYGROMETRIC COMFORT: COMPONENTS AND OPERATION OF HEATING, VENTILATION AND AIR-CONDITIONING SYSTEMS
6) ELECTRIC VAPOR-COMPRESSION REVERSING HEAT PUMPS
7) Heat transfer by conduction
8) Heat transfer by convection
9) Heat transfer by radiation
10) SUPERFICIAL/INTERSTITIAL CONDENSATION AND THERMAL INERTIA OF OPAQUE ELEMENTS OF BUILDING ENVELOPE
11) Lighting
12) Acoustics

The reference book is:
Authors: Yunus A. Cengel, Giuliano dall'O', Luca Sarto; Title: “Fisica Tecnica ambientale con elementi di acustica ed illuminotecnica”; Milan; Editor: McGraw Hill; Publication year: 2017; Edition number: First Edition; Number of pages: 469.
The reference book is integrated with additional didactic material (slides, tables, graphs) uploaded by the teacher on the course webpage.

The course of Applied Thermodynamics is aimed at providing students with the basic knowledge of thermodynamics, heat transfer, lighting and acoustics. At the end of the course the students should be able to understand the topics of the course and apply the knowledge in order to analyze the energy performance of buildings as well as heating, ventilation and air-conditioning systems.
In particular, students have to be able to:
- calculate the thermodynamic properties of both single-component pure substances as well as moist air;
- solve mass and energy balances;
- solve heat transfer problems;
- calculate the illuminance on a point due to a number of lighting sources;
- calculate the total sound pressure level due to multiple sources as well as the reverberation time of an indoor space.

Elements of Physics and Mathematics.

The course consists of 80 hours of frontal lessons, including 21 hours of written exercises.
Attending the lessons is mandatory. At least 70% of lessons have to be attended in order to participate to the examination session. The participation of students to the lessons will be registered at the beginning of the lessons by signing a document supplied by the professor.

The exam will be performed according to one of the following alternatives (to be selected by the students): a) n. 3 written classroom tests; b) written and oral final exam.

Each written classroom will include numerical problems focusing on a specific part of the course and it will have a duration depending on related topics.
The results of the tests will be expressed in thirtieths; the overall score will be calculated as the arithmetic mean of the results of both written tests. Only the students obtaining a score greater than 18/30 will pass the exam without sustaining additional written/oral part.
The final exam will consist of a written as well as an oral part. With reference to the written part (duration of 1,5 hours), the student has to solve 5 numerical problems. The score of the written test will be expressed in thirtieths; only the students obtaining a score greater than 18/30 will be admitted to the oral part. In the oral part, the student must demonstrate his theoretical knowledge of the subjects and must connect the different aspects. The score of the oral part will be expressed in thirtieths. The overall score will be calculated as the arithmetic mean of the results of both written and oral parts. Only the students obtaining an overall score greater than 18/30 will pass the exam.
During the written tests, students are allowed to use tables and graphs supplied by the professor as well as the calculator, while using PCs, smart phones, tablets, etc. is not allowed.

Slides focusing on the content of the lectures as well as tables/graphs for solving the exercises will be made available to students on the institutional course webpage.

1) Fundamentals of Thermodynamics (10 hours of frontal lessons):
Aims and methods of thermodynamics. Properties of thermodynamic systems. Forms of energy. Units and significant digits. Interactions system-environment and thermodynamic transformations. Closed systems and open systems. Energy exchange by heat or work.

2) DETERMINATION OF PHASE AND Properties of pure substances (6 hours of frontal lessons, including 2 hours of written exercises):
Pure substances. Phases of pure substances. Phase changes of pure substances. Thermodynamic charts pressure-temperature and pressure-specific enthalpy. Ideal gas equation of state. Specific heat and variations of specific internal energy/enthalpy of ideal gases. Specific heat and variations of specific internal energy/enthalpy of liquids.

3) Mass balance and first law of thermodynamics: closed and open systems (6 hours of frontal lessons, including 2 hours of written exercises):
Balance of mass and energy for a closed system. Conservation of mass and energy for an open system.

4) THERMO-HYGROMETRIC COMFORT: COMPONENTS AND OPERATION OF HEATING, VENTILATION AND AIR-CONDITIONING SYSTEMS (2 hours of frontal lessons):
Fundamental parameters affecting thermo-hygrometric comfort. Main elements, technical and performance characteristics, layout, objectives, principles of operation and installation of heating, ventilation and air-conditioning systems.

5) Moist air and psychrometrics applications IN HEATING, VENTILATION AND AIR-CONDITIONING SYSTEMS (14 hours of frontal lessons, including 4 hours of written exercises):
The composition of moist air. Dry air and atmospheric air. Absolute humidity and relative humidity. Dew point temperature. The psychrometric diagram. Thermo-hygrometric wellbeing and air conditioning. Transformations of moist air for air-conditioning.

6) ELECTRIC VAPOR-COMPRESSION REVERSING HEAT PUMPS (2 hours of frontal lessons):
Components, principles of operation and installation, technical and performance characteristics of electric vapor-compression reversing heat pumps.

7) Heat transfer by conduction (8 hours of frontal lessons, including 3 hours of written exercises):
Thermal conductivity. Conductive thermal resistance. Steady-state conduction through plane multi-layer walls.

8) Heat transfer by convection (2 hours of frontal lessons, including 1 hour of written exercises):
Natural and forced convection. Convective heat transfer coefficient.

9) Heat transfer by radiation (8 hours of frontal lessons, including 2 hours of written exercises):
Thermal radiation. Radiative properties. Blackbody properties. Laws of Stefan-Boltzmann, Planck and Wien. Radiation properties of grey surfaces. View factor. Radiation properties of real surfaces. Radiation exchange between diffuse-gray surfaces.

10) SUPERFICIAL/INTERSTITIAL CONDENSATION AND THERMAL INERTIA OF OPAQUE ELEMENTS OF BUILDING ENVELOPE (6 hours of frontal lessons, including 3 hours of written exercises):
Fick’s law of diffusion. Permeability of the building materials. Superficial/interstitial condensation. Glaser method

11) Lighting (8 hours of frontal lessons, including 2 hours of written exercises):
Light. Vision. Spectral visibility curve. Artificial light sources and related characteristics. Photometric parameters: luminous flux, luminous intensity, illuminance, correlated color temperature, color rendering index. Calculation of illuminance values on a point.

12) Acoustics (8 hours of frontal lessons, including 2 hours of written exercises):
The sound. Sound pressure and sound pressure level. Sum of sound pressure levels. Absorption, reflection and transmission of acoustic waves. Reverberation time of an indoor space.