Insegnamento ENERGETICA DEGLI EDIFICI E BENESSERE AMBIENTALE

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Nome del corso di laurea Ingegneria edile-architettura
Codice insegnamento A001132
Curriculum Comune a tutti i curricula
Docente responsabile Anna Laura Pisello
CFU 12
Regolamento Coorte 2021
Erogato Erogato nel 2023/24
Erogato altro regolamento
Informazioni sull'attività didattica
Anno 3
Periodo Annuale
Tipo insegnamento Opzionale (Optional)
Tipo attività Attività formativa integrata
Suddivisione

FISICA TECNICA

Codice A001130
CFU 6
Docente responsabile Anna Laura Pisello
Docenti
  • Anna Laura Pisello
Ore
  • 54 Ore - Anna Laura Pisello
Attività Base
Ambito Discipline fisico-tecniche ed impiantistiche per l'architettura
Settore ING-IND/11
Tipo insegnamento Opzionale (Optional)
Lingua insegnamento Italiano.
Contenuti La Fisica Tecnica è la disciplina che analizza il rapporto esistente fra calore, lavoro e sistemi e che studia la natura e gli aspetti quali-quantitativi dei processi energetici.
Il programma e l'articolazione dei suoi contenuti si compone di due parti: la Termodinamica applicata e lo Scambio termico.

La Termodinamica applicata consiste di un certo numero di metodi analitici e teorici che possono essere applicati alle macchine per la conversione dell'energia.
Lo Scambio termico consiste di un certo numero di modelli che consentono di prevedere lo scambio di calore fra corpi.

Seppur si tratti di una disciplina teorica classica, i contenuti sono fin da subito adattati alle applicazioni di carattere civile, al fine di creare nello studente una maggiore consapevolezza del potenziale utilizzo dei concetti fondamentali, preparando però il terreno verso gli sviluppi più applicati per il corso di laura in Ingegneria Edile-Architettura.
Testi di riferimento Dispense a cura del docente ed, in integrazione,
Fisica tecnica ambientale, con elementi di Acustica e illuminotecnica – McGrawHill – Y. Cengel, G. Dall’ò, L. Sarto
Obiettivi formativi Conoscenza e capacità tecnico-quantitativa sui seguenti temi:
Energia, trasferimento di energia e analisi energetica.
Sostanze pure. Sistemi chiusi. Volumi di controllo e conservazione della massa. Secondo principio della termodinamica. Entropia. Miscele di gas e vapore, aria atmosferica. Trasmissione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.
Prerequisiti Conoscenze di base di Analisi Matematica e Fisica Generale.
Metodi didattici Lezioni frontali ed esercitazioni anche di calcolo applicativo
Altre informazioni Disponibilità del docente via mail e per appuntamento (su Teams o di persona)
Modalità di verifica dell'apprendimento Esame scritto ed orale. Laboratorio applicativo da eseguire in gruppi con esecuzione supportata dal docente.
Programma esteso 1. Termodinamica: Concetti base e definizioni.
2. Il Primo Principio della Termodinamica.
3. Il Secondo Principio della Termodinamica. Processi reversibili e irreversibili.
4. Sistemi Aperti (bilancio di massa, energia, entropia).
5. Sistemi semplici monocomponente e diagramma (p,v). Liquidi.
6. Vapori saturi.
7. Vapori surriscaldati.
8. Gas ideali.
9. Gas reali.
10. Diagrammi termodinamici (T,s), (h,s), (ph) e (T,h).
11. Cicli di potenza a vapore. Ciclo frigorifero.
12. Moto di fluidi comprimibili.
15. Miscele di gas.
16. Miscele di gas perfetti.
17. Fondamenti di psicrometria.
18. Lo scambio termico per conduzione. Legge di Fourier. Equazione di Fourier.
19. Lo scambio termico per convezione. Convezione naturale. Convezione forzata.
20. Scambio termico radiativo.
21. Il coefficiente globale di scambio termico.
22. Gli scambiatori di calore. La temperatura media logaritmica.
23. Benessere termoigrometrico: bilancio termoigrometrico del corpo umano; gli indici del benessere (diretti, derivati ed empirici).
24. Cause di discomfort locale.
25. Diagrammi del benessere e riferimenti normativi.
26. Qualità dell’aria interna: principali inquinanti; sindrome degli edifici insalubri; sistemi di filtrazione.
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile Il corso di Fisica Tecnica, trattando dei Fondamenti di Termodinamica e Trasmissione del Calore è di grande importanza alla luce degli obiettivi dell'Agenda 2030 sullo sviluppo sostenibile. Questo corso fornisce le basi scientifiche e tecniche necessarie per affrontare sfide cruciali legate all'efficienza energetica, all'uso sostenibile delle risorse e alla riduzione dell'impatto ambientale.

In primo luogo, il corso affronta i principi fondamentali della termodinamica, che costituiscono una base essenziale per la comprensione e l'ottimizzazione dei processi energetici. La conoscenza di tali principi è fondamentale per lo sviluppo di soluzioni energetiche efficienti e sostenibili, che sono direttamente legate all'obiettivo 7 dell'Agenda 2030: "Garantire l'accesso di tutti all'energia pulita, affidabile, sostenibile e moderna".

In secondo luogo, il corso si concentra sulla trasmissione del calore, che è di fondamentale importanza per la progettazione e l'ottimizzazione degli impianti di riscaldamento, raffreddamento e climatizzazione degli edifici. Una corretta gestione del calore all'interno degli edifici contribuisce all'obiettivo 11: "Rendere le città e gli insediamenti umani inclusivi, sicuri, resilienti e sostenibili", promuovendo l'efficienza energetica degli edifici e il benessere degli occupanti.

Inoltre, il corso affronta anche temi come la qualità dell'aria interna e l'ottimizzazione dell'uso delle risorse, che sono importanti per il raggiungimento degli obiettivi 3 (Buona salute e benessere), 12 (Produzione e consumo responsabili) e 13 (Azioni urgenti per combattere il cambiamento climatico).

Infine, il corso offre agli studenti la capacità di comprendere e analizzare i processi energetici e termici in un'ottica sostenibile, permettendo loro di contribuire in modo significativo allo sviluppo e all'attuazione di soluzioni innovative per affrontare le sfide ambientali e climatiche dell'attuale contesto globale.

Complessivamente, il corso di Fisica Tecnica, Fondamenti di Termodinamica e Trasmissione del Calore svolge un ruolo chiave nel fornire agli studenti le competenze scientifiche e tecniche necessarie per affrontare le sfide dell'Agenda 2030 sullo sviluppo sostenibile e promuovere un futuro più sostenibile ed equo.

Le conoscenze acquisite nel corso di Fisica Tecnica, offrono numerose opportunità occupazionali all'interno dell'Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile.
Un campo rilevante è rappresentato dall'efficienza energetica degli edifici. Le competenze acquisite nel corso consentono di progettare e ottimizzare sistemi di riscaldamento, raffreddamento e climatizzazione che riducono il consumo energetico e l'impatto ambientale degli edifici.
Un altro ambito riguarda lo sviluppo e l'implementazione di soluzioni energetiche sostenibili. Le competenze nella termodinamica consentono di comprendere e ottimizzare processi energetici, sia per l'utilizzo di fonti rinnovabili sia per la gestione efficiente delle risorse energetiche. Ciò apre prospettive di lavoro come progettisti di sistemi energetici sostenibili, consulenti per l'energia pulita, ingegneri delle energie rinnovabili e ricercatori nel campo delle tecnologie energetiche avanzate.
Inoltre, la comprensione dei processi di trasmissione del calore e la gestione termica degli ambienti trovano applicazione nel settore dell'edilizia sostenibile. Esperti in questo campo possono lavorare come progettisti di sistemi di isolamento termico, ingegneri per il comfort ambientale, consulenti per l'efficienza energetica degli edifici e sviluppatori di materiali termici avanzati.
Infine, le competenze acquisite nel corso sono anche rilevanti nel contesto delle politiche ambientali e del cambiamento climatico. Esperti in termodinamica e trasmissione del calore possono contribuire all'implementazione di politiche di mitigazione e adattamento al cambiamento climatico, nonché alla valutazione e alla gestione dell'impatto ambientale delle attività industriali.

IMPIANTI, EFFICIENZA ENERGETICA E RINNOVABILI

Codice A001133
CFU 6
Docente responsabile Anna Laura Pisello
Docenti
  • Anna Laura Pisello
Ore
  • 54 Ore - Anna Laura Pisello
Attività Affine/integrativa
Ambito Attività formative affini o integrative
Settore ING-IND/11
Tipo insegnamento Opzionale (Optional)
Lingua insegnamento ITALIANO
Contenuti CARICHI TERMICI. IMPIANTI A FONTI TRADIZIONALI. IMPIANTI A FONTI RINNOVABILI. CERTIFICAZIONE ENERGETICA E AMBIENTALE.
Testi di riferimento Dispense a cura del docente.

Impianti di climatizzazione e condizionamento - Cinzia Buratti - Morlacchi editore, 2015.
Obiettivi formativi Il corso offre una solida base di conoscenze nel campo dell'energia e dell'ambiente applicate all'edilizia, con l'obiettivo di sviluppare competenze e capacità progettuali nel comportamento termo-fisico degli edifici. Si pone particolare enfasi sugli aspetti quantitativi del progetto di edifici efficienti, confortevoli e sostenibili, nonché sulla valutazione dei requisiti qualitativi dell'ambiente interno, come il comfort termoigrometrico e la qualità dell'aria. Lo studente sarà guidato nel dimensionamento dei sistemi edificio-impianto attraverso lezioni teoriche, esercitazioni numeriche/progettuali in aula o nei laboratori, nonché esercitazioni sperimentali su edifici reali oggetto di studio.
Più nel dettaglio, il corso fornisce le conoscenze fondamentali in materia energetico-ambientale applicata all'edilizia ed è finalizzato allo sviluppo di competenze e capacità progettuali nell’ambito del comportamento termo-fisico degli edifici, con un focus sugli aspetti quantitativi del progetto di edifici efficienti, confortevoli e sostenibili e particolare attenzione alla valutazione dei requisiti qualitativi dell’ambiente interno (comfort termoigrometrico e qualità dell’aria), per guidare lo studente verso al dimensionamento dei sistemi edificio-impianto. Il corso si articola in lezioni, esercitazioni numerico/progettuali (che saranno svolte in aula e/o nei laboratori) ed esercitazioni sperimentali in edifici reali oggetto di studio.
Lo studente sarò chiamato a conoscere le principali tipologie impiantistiche a servizio dell'edilizia civile, a partire dall'approccio centrato sull’occupante dell’edificio in termini di benessere termico ed ambientale multifisico.
In particolare, verranno approfonditi aspetti tecnici e normativi legati all’efficienza energetica del sistema edificio impianto, dei materiali innovativi per l’involucro edilizio, per poi affrontare tematiche di tipo tecnologico quali appunto: gli impianti termici ed elettrici, i principali sistemi di illuminazione, gli impianti alimentati da fonti energetiche rinnovabili (solare elettrico, solare termico, geotermia a bassa entalpia) fino ad arrivare ai accumulo termico ed elettrico). Tecniche di dimensionamento verranno poi illustrate e messe in campo attraverso il progetto applicativo che verrà condotto attraverso metodologie di analisi di tipo stazionario, quasi stazionario e dinamico più avanzato. Il progetto partirà quindi dall’analisi dei carichi e permetterà allo studente di affrontare autonomamente le principali strategie di miglioramento dell’efficienza energetica anche alla luce delle più recenti normative nazionali ed europee, comprese le certificazioni energetiche ed ambientali e nell’ottica di ciclo di vita ed impronta di carbonio.

Conoscenza delle basi per affrontare lo studio e la progettazione degli impianti di produzione di energia (elettrica, termica e frigorifera) anche alimentati da fonti rinnovabili (solare, eolico, idroelettrico, geotermico e biomasse) e tramite utilizza di tecniche di accumulo energetico. Padronanza degli strumenti di certificazione energetica e ambientale attualmente disponibili e dei requisiti ambientali minimi.
Prerequisiti Conoscenze di base di analisi matematica e fisica generale. Fisica tecnica.
Metodi didattici Lezione frontale, esercitazioni pratiche, laboratorio applicativo e progetto.
Modalità di verifica dell'apprendimento Esame scritto ed orale (con possibilità di esonero scritto parziale), Consegna degli elaborati progettuali e discussione critica.
Programma esteso CARICHI TERMICI. Condizioni interne ed esterne di progetto e calcolo dei carichi termici estivi e invernali. Fabbisogno energetico di edifici e impianti. Strumenti e metodologie per il risparmio energetico e l'efficienza energetica. Impianti di riscaldamento, climatizzazione e condizionamento. Classificazione degli impianti: tipologie principali, criteri di scelta, vantaggi e svantaggi delle soluzioni disponibili.
IMPIANTI A FONTI TRADIZIONALI. Criteri di progettazione. Descrizione e dimensionamento dei principali costituenti. Sistemi di produzione di energia termica e frigorifera. Generatori di calore: tipologie, caratteristiche principali e parametri prestazionali. Macchine frigorifere: principio di funzionamento, tipologie, caratteristiche principali e parametri prestazionali. Pompe di calore: principio di funzionamento, tipologie, caratteristiche principali e parametri prestazionali. Dimensionamento di macchine frigorifere e generatori di calore. Sistemi di produzione combinata di energia elettrica, termica e frigorifera. Generazione e trigenerazione da fonti convenzionali (cenni).
IMPIANTI A FONTI RINNOVABILI. Definizione e classificazione delle fonti energetiche rinnovabili. Diffusione mondiale, europea e nazionale: scenario attuale e prospettive di sviluppo.
Energia solare. Caratteristiche dell'energia solare. Solare fotovoltaico: conversione fotovoltaica, celle e moduli fotovoltaici; componenti e progettazione di un impianto fotovoltaico. Solare termico: tipologie di collettori e rendimenti; caratteristiche dei principali componenti di un impianto solare termico; dimensionamento di impianti per la produzione di acqua calda sanitaria e per integrazione al riscaldamento. Solare termodinamico: classificazione dei sistemi a concentrazione; fluidi di lavoro, serbatoi di accumulo termico e dimensionamento di una centrale solare.
Energia eolica: caratteristiche del vento, distribuzione di frequenza, profilo verticale; teoria di Betz e massima potenza di una turbina eolica; coefficiente di potenza, aspetti costruttivi e di controllo; stima della produzione annua di energia; analisi tecnico-economica e impatto ambientale.
Energia idroelettrica: stima della potenza elettrica teorica producibile; classificazione e caratteristiche degli impianti idroelettrici; tipologie di turbine idrauliche.
Energia geotermica: caratteristiche del sottosuolo e risorse geotermiche; pompe di calore e sonde geotermiche: tipologia e dimensionamento.
Energia dalle biomasse: classificazione e caratterizzazione delle biomasse; processi termochimici: combustione e gassificazione; processi biochimici: digestione anaerobica; estrazione di oli vegetali; principali tecnologie di cogenerazione.
Accumulo energetico: discontinuità delle fonti rinnovabili, picchi di consumo energetico e il concetto di accumulo energetico; accumulo termico sensibile, latente e termochimico (principi di funzionamento, materiali e applicazioni fondamentali); accumulo elettrico chimico (idrogeno), elettrochimico (batterie), elettrico (supercapacitori) e meccanico (volani, aria compressa o bacini idroelettrici).
CERTIFICAZIONE ENERGETICA E AMBIENTALE. Efficienza energetica degli edifici: principali definizioni; ponti termici, trasmittanza e verifica termo-igrometrica; principali metodologie di retrofit energetico; certificazione energetica; simulazione dinamica. Sostenibilità ambientale: analisi di ciclo di vita, principali certificazioni ambientali (tipo I, II e III), criteri ambientali minimi (CAM).
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile Il corso assume un'importanza significativa nell'ambito dell'agenda degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile (SDGs) al 2030. Gli SDGs sono una serie di obiettivi e target stabiliti dalle Nazioni Unite per affrontare le sfide globali, tra cui la lotta al cambiamento climatico, l'accesso all'energia sostenibile, la promozione della salute e del benessere, la riduzione delle disuguaglianze e la creazione di città e comunità sostenibili.

Questo corso contribuisce specificamente agli obiettivi pertinenti, in particolare all'Obiettivo 7: Energia pulita e accessibile, e all'Obiettivo 11: Città e comunità sostenibili. L'Obiettivo 7 mira a garantire l'accesso universale a un'energia sostenibile, affidabile, moderna ed economica, promuovendo nel contempo l'efficienza energetica e l'incremento dell'uso delle fonti rinnovabili. Il corso fornisce agli studenti le conoscenze e le competenze necessarie per progettare edifici efficienti dal punto di vista energetico, utilizzando fonti di energia rinnovabile e adottando strategie di risparmio energetico.

L'Obiettivo 11 mira a rendere le città e le comunità inclusive, sicure, resilienti e sostenibili. Il corso affronta le sfide delle città moderne, fornendo agli studenti una comprensione approfondita del comportamento termico degli edifici e delle tecnologie impiantistiche sostenibili. Gli studenti imparano a considerare il comfort degli occupanti, l'efficienza energetica e l'impatto ambientale nell'ambito della progettazione degli edifici e degli impianti.

Inoltre, il corso si occupa dell'Obiettivo 13: Azione per il clima, affrontando la sfida del cambiamento climatico attraverso l'efficienza energetica degli edifici e l'utilizzo di fonti energetiche rinnovabili. Questo contribuisce a ridurre le emissioni di gas a effetto serra e a mitigare l'impatto ambientale delle attività umane.

Infine, il corso fornisce una comprensione dei requisiti normativi e delle certificazioni energetiche ed ambientali, che sono strumenti essenziali per monitorare e valutare il progresso verso gli obiettivi di sostenibilità.

Complessivamente, il corso è di fondamentale importanza per formare professionisti consapevoli delle sfide globali legate all'energia, all'ambiente e al cambiamento climatico. Gli studenti saranno in grado di applicare le loro competenze nel settore dell'edilizia sostenibile e contribuire al raggiungimento degli SDGs entro il 2030.
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