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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Architettura Urbanistica Ingegneria delle Costruzioni
Insegnamento 083451 - CLIMATIZZAZIONE E TERMOFISICA DELL'EDIFICIO
Docente Mazzarella Livio
Cfu 9.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Nome Sezione Insegnamento
Arc - Urb - Cost (Mag.)(ord. 270) - MI (1142) INGEGNERIA DEI SISTEMI EDILIZIERGAZZZZ083451 - CLIMATIZZAZIONE E TERMOFISICA DELL'EDIFICIO
STAZZZZ083451 - CLIMATIZZAZIONE E TERMOFISICA DELL'EDIFICIO
TECAZZZZ083451 - CLIMATIZZAZIONE E TERMOFISICA DELL'EDIFICIO

Obiettivi dell'insegnamento

Il corso si propone di fornire la conoscenza base e gli strumenti per l'analisi delle prestazioni termiche ed energetiche degli edifici necessarie per mantenere un microclima interno adeguato. Tali conoscenze e strumenti consentiranno allo studente di indagare sul raggiungimento e mantenimento del benessere termico, in relazione alle diverse forme, strutture e materiali degli edifici, nel tempo e sotto differenti condizioni climatiche.

ENGLISH VERSION

The course aims to provide the base knowledge and tools for the analysis of the buildings thermal performance and energy needs to maintain an adequate internal microclimate. Such knowledge and tools will enable students to investigate the achievement and maintenance of thermal comfort, in relation to the different shapes, textures and materials of the buildings, over time and under different climatic conditions.


Risultati di apprendimento attesi

Conoscenze:

  • conoscere i principi fondamentali dell'aria umida e del benessere termoigrometrico;
  • conoscere i principi fondamentali alla base dei fenomeni di scambio termico e di massa negli edifici e le relazioni fisiche e formali tra le proprietà che li descrivono;
  • conoscere i diversi modelli di calcolo delle prestazioni termiche in regime dinamico delle pareti/solai dei sistemi edilizi;
  • conoscere la normativa vigente per il calcolo della prestazione energetica degli edifici, comprendente le procedure di certificazione energetica e di diagnosi energetica

Abilità:

  • Essere in grado di comprendere e analizzare e determinare, anche numericamente, le trasformazioni dell'aria umida ai fini del comfort termoigrometrico;
  • Essere in grado di comprendere e analizzare i fenomeni termo-energetici negli edifici;
  • Essere in grado di calcolare/verificare in modo autonomo la prestazione energetica di un edificio;
  • Essere in grado di effettuare una certificazione energetica di un edificio, ovvero una diagnosi energetica.

ENGLISH VERSION

Knowledge:

  • to know the fundamental principles of moist air, its thermodynamic processes and of thermal comfort ;
  • to know the fundamental principles underlying the phenomena of thermal and mass exchange in buildings and the physical and formal relations between properties that describe them;
  • to know the different models for calculating thermal performances in dynamic regime of the walls / floors of building systems;
  • to know the actual standards for calculating the energy performance of buildings, including energy certification and energy diagnosis procedures.

Skills:

  • Being able to understand and analyze and determine, even numerically, thermodynamic processes for thermal comfort achievement;
  • Being able to understand and analyze thermo-energetic phenomena in buildings;
  • Being able to independently calculate / verify the energy performance of a building;
  • Being able to perform an energy certification of a building, or an energy diagnosis.

Argomenti trattati

OBBIETTIVI FORMATIVI E RISULTATI DI APPRENDIMENTO PREVISTI

Il corso si propone di fornire la conoscenza base e gli strumenti per l'analisi delle prestazioni termiche ed energetiche degli edifici necessarie per mantenere un microclima interno adeguato. Tali conoscenze e strumenti consentiranno allo studente di indagare sul raggiungimento e mantenimento del benessere termico, in relazione alle diverse forme, strutture e materiali degli edifici, nel tempo e sotto differenti condizioni climatiche.

A) PROGRAMMA LEZIONI

1. PSICROMETRIA, BENESSERE, SALUTE.

Richiami di psicometria e benessere termoigrometrico.

Richiami sulle proprietà e trasformazioni dell'aria umida. Bilancio termico per il corpo umano. Condizioni, parametri ed indici per la valutazione del benessere termoigrometrico.

Qualità dell'aria.

Presentazione delle problematiche. Campi di variabilità delle grandezze che definiscono la qualità. Indici di qualità. Ventilazione meccanica e distribuzione dell'aria negli ambienti. Apparecchi di misura e controllo.

2. TERMOFISICA DEGLI EDIFICI.

Richiami di scambio termico radiativo

Caratteristiche della radiazione elettromagnetica termica. Proprietà radiative dei materiali e delle superfici, totali e spettrali. Scambio termico radiativo tra corpi neri e tra corpi grigi: temperatura media radiante lineare. Trasmissione della radiazione termica attraverso superfici semitrasparenti. La radiazione solare.

Scambio termico in regime variabile negli elementi di edificio.

Soluzioni analitiche, parametri concentrati, metodi in regime periodico, metodo dell'ammettenza, funzioni di trasferimento, differenze finite.

Scambi di massa in regime variabile nelle strutture degli edifici.

Materiali porosi: definizione, caratteristiche e proprietà, assorbimento e capillarità. Trasporto e accumulo del vapore d'acqua.

Il bilancio termico per l'edificio.

Il bilancio termico dell'edificio: l'equazione generale di bilancio in termini di potenze. Metodi di soluzione generalizzati: differenze finite (bilancio orario), funzioni di trasferimento ambiente, serie temporali, serie armoniche.  Metodo semplificato per il calcolo della temperatura interna oraria in assenza di impianto di climatizzazione.

Carico termico estivo ed invernale in condizioni di progetto.

Carico termico invernale secondo la UNI EN 12831 e verifica dei limiti di Legge. Carico termico estivo secondo il metodo del DT equivalente.

Fabbisogno energetico stagionale per il riscaldamento e per il raffrescamento.

Bilancio energetico stagionale per un modulo di edificio: metodo generale e metodo semplificato della UNI EN ISO 50016-2018. Rendimenti medi dei sistemi di riscaldamento: metodo semplificato norme UNI TS 11300 per il calcolo degli indici di fabbisogno energetico, l'efficienza globale media stagionale e le loro verifiche.

La ventilazione naturale e le infiltrazioni.

Principi generali e modelli semplificati. I camini. Le aperture di ventilazione. Strategie di controllo.

Calcolo delle prestazioni energetiche di elementi edilizi particolari.

Sistemi parietodinamici, superfici trasparenti selettive, sistemi di controllo dei guadagni solari, serre "bioclimatiche".

B) ESERCITAZIONI

Le esercitazioni si svolgono tutte in aula informatica utilizzando come strumento di supporto al calcolo il foglio elettronico Excel, con il quale lo studente svilupperà in modo proprio e appropriato i problemi assegnatigli.

In particolare gli argomenti delle esercitazioni verteranno sull'applicazione ad un edificio campione di quanto presentato a lezione delle metodiche di calcolo finalizzate alla definizione delle prestazioni termiche e d energetiche del sistema edificio impianto. Di fatto verrà applicata la normativa vigente sviluppata per soddisfare i requisiti minimi di legge e adottata dai diversi schemi di certificazione energetica oggi cogenti o disponibili su base volontaria.

C) VALUTAZIONE

Come riportato nelle Note Sulla Modalità di valutazione, la valutazione consiste in un esame finale scritto sui principali argomento trattati nel corso: lo studente deve rispondere a tre domenade aperte. La correzione e la discussione dele risposte scritte costituisce parte dell'esame. Una valutazine separata viene poi data all'eleborato che lo studente deve caricare in formato pdf sul sito del corso. 

ENGLISH VERSION

EDUCATIONAL OBJECTIVES and LEARNING OUTCOMES EXPECTED

The course aims to provide the base knowledge and tools for the analysis of the buildings thermal performance and energy needs to maintain an adequate internal microclimate. Such knowledge and tools will enable students to investigate the achievement and maintenance of thermal comfort, in relation to the different shapes, textures and materials of the buildings, over time and under different climatic conditions.

A) LESSONS PROGRAM

1 PSYCHROMETRY, WELLNESS, HEALTH.

-          Elements of psychrometry and thermal comfort.

Recalls on moist air properties and transformations. Heat balance for the human body. Conditions, parameters and indices for evaluating the thermal comfort.

-          Air quality.

Presentation of the issues. Variables defining the air quality: fields of variability. Quality indices. Mechanical ventilation and air distribution in the room. Measuring instruments and control systems.

2 BUILDINGS THERMOPHYSICS.

-          Transient Heat transfer in building elements.

Analytical solutions, lumped parameter methods in periodic regime, admittance method, transfer functions, finite differences.

-          Unsteady mass transfer in building structures.

Porous materials: definition, characteristics and properties, sorption and capillarity. Transport and accumulation of the water vapour.

-          The heat balance for the building.

The building heat balance: the general balance equation in terms of powers. Generalized solution methods: finite differences (hourly time step), ambient transfer functions, time series, and harmonic series. Simplified method for the calculation of the hourly internal temperature in the absence of air conditioning systems.

-          Design heat load in summer and winter

Winter heat load according to UNI EN 12831 and verification of the limits imposed by law. Summer cooling load: method of the equivalent temperature difference and storage factors.

-          Seasonal energy needs for heating and cooling.

Seasonal Energy balance for a building module (room, zone): general method and simplified method of UNI EN ISO 50016-2018. Heating systems average efficiencies: UNI TS 11300 simplified method for the calculation of the indices of energy demand, the overall efficiency of the seasonal average and their verification.

-          Natural ventilation and air infiltration.

General principles and simplified models. The chimneys. The ventilation openings. Control strategies.

-          Calculation of the energy performance of special building elements.

Passive–active dynamic insulation systems, selective transparent surfaces, control solar gains, “bioclimatic" greenhouses.

B) APPLICATIONS

The applications take place in computer room using as a support tool Excel spreadsheets, through which the student will develop the assigned problems in their own and appropriate way.

In particular, the arguments of the exercises will concentrate on a building module applying the calculation methods presented in class and aiming at the assessment of the building thermal and energy performance. Specifically, the actual regulation, developed to meet the minimum requirements of law and adopted by the various energy certification schemes today available either mandatory or voluntary, will be applied.

C) EVALUATION

As reported in the Evaluation Method Box below, the evaluation consists of a written final examination on the course main topics: the student has to aswer to three open questions. Correction and discussion on the witten answers constitute the oral examination. A saparate quotation is given to the report the sutudent has to upload in pdf format on the course web site.


Prerequisiti

E' richiesta una buona conoscenza di elementi di analisi matematica, tra cui equazioni differenziali alle derivate ordinarie e parziali. E' consigliata la conoscenza degli elementi fondamentali della meccanica del continuo. E' richiesta la conoscenza degli argomenti dell'insegnamento 096383 FISICA DELL'EDIFICIO .

A good knowledge of math calculus elements is required, including ordinary and partial derivatives differential equations. Knowledge of the fundamental elements of continuous mechanics is recommended. Knowledge of the course 096383 FISICA DELL'EDIFICIO topics is required.


Modalità di valutazione

L'esame è costituito da una prova scritta e una verifica orale. Nella prova scritta lo studente deve rispondere a tre (quattro) domande aperte per valutarne la capacità alla: 

  • comprensione e analisi dei fenomeni di scambio termico negli edifici;
  • comprensione e impiego dei diversi modelli di calcolo delle prestazioni termiche in regime dinamico delle pareti/solai dei sistemi edilizi;
  • comprensione e impiego dei diversi modelli di calcolo delle prestazioni energetica e dei componenti dei sistemi impiantistici.

La quarta domanda riguarda specificatamente il tema delle procedure normalizzate per il calcolo della prestazione energetica dell'edificio; tale domanda è di norma sostituita dalla presentazione della relazione sulla prestazione energetica di un edificio campione, che sintetizza l'attività svolta nella parte applicativa dell'insegnamento tramite lo sviluppo di un sitema di fogli Excel su traccia guidata.

La correzione e la discussione delle risposte scritte e della relazione costituiscono la prova orale.

ENGLISH VERSION

The exam consists of a written test and an oral test. In the test, the student must answer three (four) open questions to evaluate his ability to:

  • understand and analyse thermal exchange phenomena in buildings;
  • understand and use different models of calculation of thermal performances in dynamic regime for walls / floors of building systems;
  • understand and use  different models for calculating the energy performance of the system components.


The fourth question specifically concerns the application of standardized procedures for calculating the energy performance of the building; this question is usually replaced by the presentation of the energy performance report of a reference building, which summarizes the activity carried out in the application part of the course through the development of an Excel sheet system on a guided trail.


Bibliografia
Risorsa bibliografica obbligatoriaMorris Grenfell Davies, Building Heat Transfer, Editore: John Wiley & Sons Ltd,, Anno edizione: 2004, ISBN: 0-470-84731-X
Risorsa bibliografica obbligatoriaKreider, J.F, Curtiss P.S., Rabl A, Heating and Cooling of Buildings - Design for efficiency, III Ed., Editore: CRC Press, Anno edizione: 2016, ISBN: 978-1439899892
Risorsa bibliografica obbligatoriaKuehen T.H., Ramsey J.W., Therelkeld J.L., Thermal Environmental Engineering, III Ed., Editore: Prentice-Hall, Anno edizione: 1998, ISBN: 978-0-139172-20-5

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
50:00
75:00
Esercitazione
40:00
60:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 90:00 135:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di materiale didattico/slides in lingua inglese
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese

Note Docente
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
28/01/2020