Insegnamento SICUREZZA E SOSTENIBILITA' DEGLI IMPIANTI ENERGETICI

IMPIANTI ENERGETICI E SOSTENIBILITA'

Codice	A005392
CFU	5
Docente	Elisa Moretti
Docenti	Elisa Moretti
Ore	42 ore - Elisa Moretti
Attività	Caratterizzante
Ambito	Ingegneria della sicurezza e protezione civile, ambientale e del territorio
Settore	ING-IND/11
Tipo insegnamento	Obbligatorio (Required)
Lingua insegnamento	Italiano
Contenuti	Il corso si propone di fornire un quadro sistematico e approfondito delle tecnologie e dei criteri di progettazione degli impianti termotecnici e dei sistemi per la produzione di energia da fonti rinnovabili, con particolare riferimento alle applicazioni in ambito edilizio. Vengono affrontati gli aspetti ingegneristici, energetici e ambientali connessi all’integrazione degli impianti nel sistema edificio-impianto, in un’ottica di sostenibilità, efficienza energetica e riduzione dell’impatto ambientale. Il corso intende inoltre sviluppare competenze analitiche e progettuali finalizzate alla valutazione delle prestazioni energetiche ed economiche dei sistemi impiantistici, anche in relazione ai requisiti normativi nazionali ed europei in materia di energia, sostenibilità e riduzione delle emissioni. Contenuti principali Sistemi di generazione da fonti rinnovabili Analisi progettuale e tecnologica degli impianti per la produzione di energia termica ed elettrica da fonti rinnovabili (Pompe di calore, impianti solari termici e fotovoltaici, biomasse, eolico, idroelettrico). Valutazione degli indici di prestazione energetica, ambientale ed economica. Integrazione architettonica e impiantistica negli edifici. Efficienza energetica del costruito Strategie progettuali per il miglioramento delle prestazioni energetiche del patrimonio edilizio esistente. Tecnologie per l’integrazione strutturale e impiantistica in interventi di riqualificazione energetica e ricostruzione post-evento (es. post-sisma), con attenzione alla compatibilità ambientale degli interventi. Impatto ambientale ed emissioni Analisi delle emissioni inquinanti associate ai processi di generazione e uso dell’energia. Valutazione del ciclo di vita dei sistemi (LCA) e indicatori di sostenibilità ambientale. Principi di economia circolare applicati al settore energetico-edilizio.
Testi di riferimento	Dispense didattiche disponibili in formato elettronico (pdf) fornite dal docente. Il materiale è disponibile su https://www.unistudium.unipg.it/
Obiettivi formativi	Il corso si propone di fornire allo studente conoscenze teoriche e competenze pratiche per l’analisi, la progettazione e la valutazione dei principali sistemi energetici applicati in ambito civile, con particolare attenzione agli impianti alimentati da fonti rinnovabili. Vengono inoltre affrontati i temi legati ai rischi ambientali connessi alla produzione e all’uso dell’energia, nonché ai meccanismi di prevenzione e protezione ambientale. Il corso approfondisce sia gli aspetti qualitativi che quantitativi della progettazione impiantistica, includendo l’analisi delle prestazioni energetiche dell’ambiente costruito, anche in presenza di vincoli ambientali o architettonici. L’attività didattica prevede lezioni frontali, analisi di casi studio ed esercitazioni pratiche con l’ausilio di software specialistici per la simulazione e la certificazione energetica. Un focus specifico è dedicato alla valutazione della sostenibilità ambientale, mediante l’introduzione di metodologie e indicatori utili a stimare l’impatto ambientale e il ciclo di vita dei sistemi energetici in un’ottica di sviluppo sostenibile. Conoscenza acquisite - Al termine del corso, lo studente sarà in grado di: Conoscere le principali tecnologie per la produzione di energia termica, frigorifera ed elettrica da fonti rinnovabili; Comprendere i fondamenti della progettazione di impianti energetici da fonti rinnovabili; Conoscere le metodologie di base per il calcolo del fabbisogno energetico e per la certificazione energetica degli edifici; Avere nozioni fondamentali relative agli impianti di climatizzazione e condizionamento a servizio degli edifici; Conoscere materiali, componenti e tecnologie impiantistiche, con riferimento alle prestazioni energetiche; Acquisire conoscenze relative alla valutazione della sostenibilità ambientale dei sistemi energetici, inclusi indicatori di impatto ambientale, ciclo di vita (LCA), energy payback time e impronta ecologica. Competenze - Al termine del corso, lo studente sarà in grado di: Analizzare le diverse tipologie di impianti per la produzione di energia, sia tradizionali che da fonti rinnovabili; Utilizzare software professionali per la diagnosi energetica degli edifici e per la certificazione energetica, proponendo soluzioni migliorative nel rispetto della normativa vigente; Impostare un progetto di massima per un impianto di produzione di energia termica e/o elettrica da fonti rinnovabili; Valutare criticamente un caso studio, integrando aspetti tecnici, normativi, ambientali ed economici; Valutare la sostenibilità ambientale dei sistemi energetici, interpretando gli indicatori ambientali e proponendo strategie progettuali a basso impatto e orientate alla resilienza ambientale.
Prerequisiti	Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte degli argomenti trattati nel corso è necessario aver acquisito conoscenze tipiche dei corsi di Fisica Tecnica e Idraulica durante il Corso di Laurea Triennale. Nello specifico gli argomenti trattati richiedono la conoscenza di alcuni concetti fondamentali, quali ad esempio l'energia e potenza, le modalità di trasmissione di calore, le perdite di carico nei circuiti idraulici, ecc. Gli allievi devono quindi avere la capacità di applicare le relazioni per il calcolo del calore scambiato attraverso le pareti degli edifici e del rendimento termodinamico delle macchine Gli allievi devono essere inoltre in grado di effettuare l'analisi dimensionale. Le conoscenze di base suddette rappresentano un prerequisito indispensabile per lo studente che voglia seguire il corso o sostenere l'esame con profitto.
Metodi didattici	l corso prevede: 1) lezioni frontali 2) lezioni erogate in modalità e-learning, caricate sulla piattaforma Unistudium, insieme ad altri materiali didattici 3) Parti delle lezioni frontali riguarderanno applicazione dei contenuti del corso a casi di studio e/o utilizzo di software dedicati; 4) Sono inoltre previste visite guidate (facoltative) presso impianti e centrali tecnologiche, durante le quali gli allievi potranno visionare direttamente gli impianti tecnologici illustrati a lezione, con particolare riferimento a soluzioni all’avanguardia. 5) Eventuali Quiz di verifica apprendimento on line facoltativi
Altre informazioni	La frequenza delle lezioni è raccomandata. L'esame prevede lo svolgimento di un elaborato (prodotto in modo individuale o in gruppo) che consiste in un'applicazione di tipo pratico dei contenuti del corso ad un caso di studio. L'elaborato deve essere revisionato e consegnato al docente prima della data di esame. La revisione del lavori di gruppo/individuali è effettuata presso lo studio del docente, Polo Ingegneria - Edificio Triennio, piano 1 stanza 15 oppure on line (Contattare via mail il docente per pianificare la revisione)
Modalità di verifica dell'apprendimento	L'esame prevede una prova orale e l'esposizione di un elaborato prodotto in gruppo (o in modo autonomo) relativo ad un caso di studio. La prove orale consiste in una discussione della durata di circa 30 minuti. Essa è finalizzata ad accertare: il livello di conoscenza e capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e metodologici previsti dal programma; il livello di competenza nell’esporre le possibili soluzioni tecniche di problemi di dimensionamento degli impianti energetici; l’autonomia di giudizio nel proporre l’approccio più opportuno per ciascun ambito applicativo. Parte della prova orale consiste nella discussione dell'elaborato prodotto (in gruppo o in modo autonomo) relativo ad un caso di studio. Il candidato dovrà illustrare il contesto normativo di riferimento, la metodologica adottata e l'analisi critica dei risultati ottenuti per il caso di studio esaminato. La prova nel suo complesso consente di accertare sia fa capacità di conoscenza e comprensione, sia la capacità di applicare le competenze acquisite e di elaborare soluzioni in autonomia di giudizio. La prova orale consentirà inoltre di verificare la capacità di comunicare con proprietà di linguaggio e di organizzare l'esposizione e di sostenere un rapporto dialettico durante discussione sui temi proposti dalla commissione.
Programma esteso	1) DEFINIZIONE E CLASSIFICAZIONE DELLE FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI. Diffusione delle energie rinnovabili nel panorama mondiale, europeo e nazionale: scenario attuale e prospettive di sviluppo. 2)IMPIANTI SOLARI Caratteristiche dell'energia solare. Stima della disponibilità per un sito. 2.1 Impianti Solari fotovoltaici La conversione fotovoltaica. Le celle e i moduli fotovoltaici: tipologie principali e caratteristiche elettriche. Componenti di un impianto fotovoltaico. Elementi di progettazione di un impianto fotovoltaico: dimensionamento e orientamento dei moduli, dimensionamento dei componenti principali, verifiche elettriche. Analisi tecnico-economica. Esempi di progettazione di impianti di piccola e media taglia. 2.2 Impianti Solari termici Tipologie di collettori e rendimenti. Caratteristiche e modalità di installazione dei principali componenti di un impianto solare termico. Dimensionamento di impianti per la produzione di ACS e per integrazione al riscaldamento. Analisi di casi di studio 2.3 Solare termodinamico: cenni Classificazione dei sistemi a concentrazione. Fluidi di lavoro e serbatoi di accumulo termico. 3) IMPIANTI EOLICI e IDROELETTRICI (CENNI) Caratteristiche del vento, distribuzione di frequenza, profilo verticale. Massima potenza di una turbina eolica, cenni alla teoria di Betz. Aspetti costruttivi e di controllo della turbina. Curva di potenza di un aerogeneratore. Stima della producibilità energetica di un impianto eolico. Impatto ambientale Delle turbine eoliche. Analisi tecnico-economica. Energia idroelettrica: Stima della potenza elettrica teorica producibile. Classificazione e caratteristiche degli impianti idroelettrici. Tipologie di turbine idrauliche. 4) IMPIANTI A BIOMASSE Classificazione delle biomasse. Caratterizzazione chimico-fisica delle biomasse. Processi termochimici: combustione e gassificazione. Processi biochimici: digestione anaerobica. Estrazione oli vegetali. Principali tecnologie di cogenerazione. Analisi tecnico-economica di impianti alimentati a biomassa. 5) EFFICIENZA ENERGETICA DEL COSTRUITO E IMPIANTI TERMOTECNICI A SERVIZIO DELL'EDIFICIO Classificazione degli impianti termici. Gli impianti di condizionamento. Gli impianti di riscaldamento: componenti principali e criteri di dimensionamento. Dimensionamento degli elementi terminali. Tipologie, caratteristiche principali e parametri prestazionali di macchine frigorifere e Pompe di calore. Cenni sugli Impianti a espansione diretta. Pompe di calore geotermiche. Quadro normativo in materia di risparmio energetico, impianti e certificazioni energetiche. L'attestato di prestazione energetica degli edifici (APE): campi di applicazione, validità e metodi di elaborazione. 6) IMPATTO AMBIENTALE E SOSTENIBILITA’ Impatto ambientale ed emissioni inquinanti connessi alla produzione di energia. Nuovi modelli di gestione, uso e produzione dell’energia: smart grid e Comunità energetiche rinnovabili Economia circolare, LCA e carbon footprint Iter autorizzativi Analisi economica: meccanismi di incentivazione
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile	7. Energia pulita e accessibile 11. Città e comunità sostenibili 13. Agire per il clima

SISTEMI ENERGETICI IN SITUAZIONI DI RISCHIO E EMERGENZA

Codice	A005393
CFU	4
Docente	Giovanni Cinti
Docenti	Giovanni Cinti
Ore	35 ore - Giovanni Cinti
Attività	Affine/integrativa
Ambito	Attività formative affini o integrative
Settore	ING-IND/09
Tipo insegnamento	Obbligatorio (Required)
Lingua insegnamento	italiano
Contenuti	Richiami di termodinamica applicata ai sistemi energetici Impianti con turbina a vapore Impianti con turbina a gas Motori a combustione interna Cogenerazione Cogenerazione elettrica e termica Cicli combinati gas- vapore: caldaie a recupero Analisi di sistemi di produzione energetica in situazione di rischio ed emergenza, esempi reali
Testi di riferimento	G. Bidini Macchine 2 Macchine volumetriche, Il Formichiere 2018 G. Bidini Macchine 3 Sistemi energetici, Il Formichiere 2018 G. Bidini Macchine 4 Impianti idroelettrici, cogenerazione e cicli combinati, Il Formichiere 2018
Obiettivi formativi	L'insegnamento rappresenta il primo corso di impianti e componenti di sistemi energetici L'obiettivo principale dell'insegnamento consiste nel fornire agli studenti le basi per la gestione della produzione di energia in situazione di rischio ed emergenza Le principali conoscenze acquisite saranno Impianti con turbina a vapore Descrizione del ciclo elementare. Miglioramenti al circuito elementare: surriscaldamenti ripetuti, rigenerazione termica. Impianti con turbina a gas Descrizione del ciclo elementare. Miglioramenti al ciclo semplice: rigenerazione termica, Motori a combustione interna Introduzione ai motori a combustione interna, cicli termodinamici, cicli reali; espressione della potenza di un motore; Cogenerazione Cogenerazione elettrica e termica Cicli combinati gas- vapore: caldaie a recupero Sistemi cogenerativi con turbina a gas, turbina a vapore, motore a combustione interna, gruppo combinato. Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenza acquisite) saranno: analizzare un ciclo motore ad accensione spontanea o ad accensione comandata in condizioni di rischio ed emergenza dimensionare e verificare i principali parametri di un impianto con turbina a vapore in condizioni di rischio ed emergenza analizzare il funzionamento dei più comuni sistemi cogenerativi in condizioni di rischio ed emergenza
Prerequisiti	Conoscenze di termodinamica e di moto dei fluidi
Metodi didattici	Il corso è organizzato nel seguente modo Lezioni introduttive in aula (8 ore) Lezioni in teledidattica differita (27 ore)
Altre informazioni	la frequenza è consigliata
Modalità di verifica dell'apprendimento	L'esame prevede una prova orale. La prova orale consiste in una discussione della durata di circa 30 minuti finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e la capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e metodologici indicati nel programma (motori alternativi a combustione interna, turbomacchine, sistemi energetici). la prova orale consentirà inoltre di verificare la capacità di comunicazione dell'allievo con proprietà di linguaggio ed organizzazione autonoma dell'esposizione sugli stessi argomenti a contenuto teorica. La prova può inoltre consistere, a complemento delle alte prove, nella discussione di un caso studio proposto dal docente, come progetto svolto in modo individuale o di gruppo. Nella discussione saranno illustrate le problematiche poste nel caso assegnato, le possibili alternative di progetto, l’eventuale contesto normativo, l’impostazione metodologica adottata, l’analisi dei risultati ottenuti. La discussione può avvalersi di una relazione scritta o di circa 10 slide e prevedere la richiesta di approfondimenti teorici e di chiarimenti di dettaglio da parte dei membri della commissione di esame. La prova nel suo insieme consente di accertare sia la capacità di conoscenza e comprensione, sia la capacità di applicare le competenze acquisite, sia la capacità di esposizione, sia la capacità di apprendere ed elaborare soluzioni in autonomia di giudizio
Programma esteso	Richiami di termodinamica applicata ai sistemi energetici Impianti con turbina a vapore Descrizione del ciclo elementare. Miglioramenti al circuito elementare: surriscaldamenti ripetuti, rigenerazione termica. Descrizione dell’impianto a vapore: circuito aria fumi e acqua vapore. Impianti con turbina a gas Descrizione del ciclo elementare. Miglioramenti al ciclo semplice: rigenerazione termica, Motori a combustione interna Introduzione ai motori a combustione interna, cicli termodinamici, cicli reali; espressione della potenza di un motore; Cogenerazione Cogenerazione elettrica e termica Cicli combinati gas- vapore: caldaie a recupero Sistemi cogenerativi con turbina a gas, turbina a vapore, motore a combustione interna, gruppo combinato Analisi di sistemi di produzione energetica in situazione di rischio ed emergenza, esempi reali
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile