ITALIANO

Particolare attenzione sarà dedicata alle applicazioni della fisica tecnica nel campo dell’architettura e dell’ingegneria edilizia, con riferimento al comportamento termo-fisico dell’involucro edilizio, al comfort ambientale e all’efficienza energetica degli edifici.
Di seguito si riportano i contenuti del corso in maniera sintetica:

1) I CONCETTI FONDAMENTALI DELLA TERMODINAMICA
2) LE PROPRIETÀ DELLE SOSTANZE PURE
3) IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER I SISTEMI CHIUSI
4) IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER I SISTEMI APERTI
5) PROPRIETA’ E TRASFORMAZIONI ELEMENTARI DELL’ARIA UMIDA
6) LA CONDUZIONE
7) LA CONVEZIONE
8) IRRAGGIAMENTO

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 sulla pagina web istituzionale dell’insegnamento.

L’insegnamento fornisce le basi della termodinamica e dei fenomeni di trasmissione del calore applicati al sistema edificio-impianto e al controllo del comfort termo-igrometrico negli ambienti confinati.
Al termine del corso lo studente sarà in grado di:
• comprendere i principi fondamentali della termodinamica e del trasferimento di calore;
• applicare i bilanci di massa ed energia all’analisi energetica degli edifici;
• determinare le proprietà termodinamiche delle sostanze pure e dell’aria umida;
• analizzare fenomeni di conduzione, convezione e irraggiamento nei sistemi edilizi;
• impostare e risolvere problemi energetici relativi al comportamento termo-fisico dell’involucro edilizio.

Elementi di Fisica e Matematica di base.

Le lezioni frontali saranno integrate da esercitazioni numeriche finalizzate alla risoluzione di problemi applicativi relativi alla termodinamica e alla trasmissione del calore negli edifici. Durante le esercitazioni verranno utilizzati diagrammi psicrometrici, tabelle termodinamiche e semplici strumenti di calcolo per l’analisi dei flussi termici nell’involucro edilizio.
L’insegnamento di Fisica Tecnica si articolerà in 48 ore di lezioni frontali, comprensive di 13 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 tramite prove intercorso oppure tramite un esame di profitto finale.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata mediante 3 prove scritte intercorso costituite da esercizi riguardanti tutto il programma dell’insegnamento. Ogni prova scritta intercorso avrà una durata diversa in funzione della parte di programma di riferimento; ad essa 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 (8 ore di lezioni frontali):
La termodinamica e l’energia. I sistemi chiusi e i sistemi aperti. Le forme di energia. Le proprietà di un sistema termodinamico. Lo stato e l’equilibrio. Le trasformazioni e i cicli termodinamici. La pressione. La temperatura. Le unità di misura e le cifre significative.

2) LE PROPRIETÀ DELLE SOSTANZE PURE (7 ore di lezioni frontali, incluse 3 ore di esercitazione):
Le sostanze pure. Le fasi di una sostanza pura. I cambiamenti di fase delle sostanze pure. Diagrammi di stato per trasformazioni con cambiamento di fase. L’equazione di stato dei gas ideali. Energia interna, entalpia e calori specifici dei gas ideali. Energia interna, entalpia e calori specifici di liquidi.

3) IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER I SISTEMI CHIUSI (2,5 ore di lezioni frontali, inclusa 1 ora di esercitazione):
Il calore. Il lavoro. Bilancio di massa e energia per i sistemi chiusi.

4) IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA PER I SISTEMI APERTI (2,5 ore di lezioni frontali, inclusa 1 ora di esercitazione):
Il calore. Il lavoro. Il lavoro di pulsione. Il flusso convettivo di energia. Bilancio di massa e energia per i sistemi aperti.

5) PROPRIETA’ E TRASFORMAZIONI ELEMENTARI DELL’ARIA UMIDA (11 ore di lezioni frontali, incluse 2 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) LA CONDUZIONE (8 ore di lezioni frontali, incluse 4 ore di esercitazione):
La conducibilità termica. La resistenza termica conduttiva. La conduzione termica stazionaria nelle pareti piane monostrato o multistrato.

7) LA CONVEZIONE (2 ore di lezioni frontali):
Il fenomeno fisico della convezione forzata e naturale. Il coefficiente di scambio termico convettivo.

8) L’IRRAGGIAMENTO (7 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.

Italian

Particular attention will be devoted to the application of thermodynamics and heat transfer principles to the energy performance of buildings, indoor thermal comfort and the thermal behaviour of building envelopes.
The course contents are briefly outlined below:

1) Fundamentals of Thermodynamics
2) Properties of pure substances
3) The first law of thermodynamics: closed systems
4) The first law of thermodynamics: open systems
5) MOIST AIR and Psychrometrics
Applications
6) HEAT TRANSFER BY conduction
7) HEAT TRANSFER BY convection
8) HEAT TRANSFER BY radiation

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, Language: Italian.


The reference book is integrated with additional didactic material (slides, tables, graphs) uploaded on the institutional course webpage.

The course provides the fundamental principles of thermodynamics and heat transfer phenomena applied to the building-integrated systems and to the control of thermo-hygrometric comfort in indoor environments.
At the end of the course, students will be able to:
• understand the fundamental principles of thermodynamics and heat transfer;
• apply mass and energy balances to the energy analysis of buildings;
• determine the thermodynamic properties of pure substances and moist air;
• analyze conduction, convection, and radiation phenomena in building systems;
• formulate and solve energy-related problems concerning the thermo-physical behavior of the building envelope.

Elements of Physics and Mathematics.

Lectures will be complemented by numerical exercises aimed at solving applied problems related to thermodynamics and heat transfer in buildings. During these exercises, psychrometric charts, thermodynamic tables, and simple calculation tools will be used to analyze heat flows through the building envelope.
The course consists of 48 hours of frontal lessons, including 13 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.

During the course 3 classroom tests, with a duration depending on related topics, are scheduled. Each test will include numerical problems focusing on thermodynamics and heat transfer.
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 (8 hours of frontal lessons):
Properties of a thermodynamic system. Closed systems and open systems. The forms of energy. Transformations and thermodynamic cycles. Pressure. Temperature. Units and significant digits.

2) Properties of pure substances (7 hours of frontal lessons, including 3 hours of written exercises):
Pure substances. Phases of pure substances. Phase changes of pure substances. Thermodynamic charts. Ideal gas equation of state. Internal energy, enthalpy and specific heat of ideal gases and liquids.

3) The first law of thermodynamics: closed systems (2,5 hours of frontal lessons, including 1 hour of written exercises):
Heat. Work. Conservation of mass and energy for a closed system.

4) The first law of thermodynamics: open systems (2,5 hours of frontal lessons, including 1 hour of written exercises):
Heat. Work. Flow work. Energy that accompanies the mass entering and exiting. Conservation of mass and energy for an open system.

5) MOIST AIR and Psychrometrics Applications (11 hours of frontal lessons, including 2 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) HEAT TRANSFER BY conduction (8 hours of frontal lessons, including 4 hours of written exercises):
Thermal conductivity. Conductive thermal resistance. Steady-state conduction through plane multi-layer walls.

7) HEAT TRANSFER BY convection (2 hours of frontal lessons):
Natural and forced convection. Convective heat transfer coefficient.

8) HEAT TRANSFER BY radiation (7 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.