DESCRIVERE LA MACCHINA FRIGORIFERA A COMPRESSIONE DI VAPORE E IL SUO SCHEMA FUNZIONALE. Il trasferimento di calore da zone a temperatura più bassa a zone a una temperatura maggiore non si verifica spontaneamente ma mediante macchine frigorifere. Il fluido evolvente è detto refrigerante. Lo scopo di una macchina frigorifera è quello di mantenere l'ambiente refrigerato ad una temperatura bassa sottraendogli calore che viene poi ceduto a un pozzo a temperatura maggiore. Il ciclo ideale per le macchine frigorifere è il ciclo inverso a compressione di vapore ideale costituito da 4 trasformazioni: 1-2 compressione isoentropica in un compressore2-3 cessione di calore a pressione costante in un condensatore 3-4 laminazione in una valvola o in un tubo capillare 4-1 assorbimento di calore a pressione costante in evaporatore. Il ciclo non è interamente irreversibile, il processo di laminazione è infatti irreversibile. Le componenti sono a flusso stazionario, risulta inoltre: q-l= Δh

Il refrigerante entra nel compressore come vapore saturo, successivamente entra nel condensatore come vapore surriscaldato ed esce come liquido saturo. Viene poi laminato fino alla pressione dell'evaporatore, entra nell' evaporatore ed evapora assorbendo calore dall'ambiente refrigerato. Infine il refrigerante come vapore saturo torna nel compressore per ripetere il ciclo.

DESCRIVERE LA MACCHINA FRIGORIFERA AD ASSORBIMENTO E IL SUO SCHEMA FUNZIONALE. Il ciclo ideale per le macchine frigorifere è il ciclo inverso a compressione di vapore ideale costituito da 4 trasformazioni: 1-2 compressione isoentropica in un compressore2-3 cessione di calore a pressione costante in un condensatore 3-4 laminazione in una valvola o in un tubo capillare 4-1 assorbimento di calore a pressione costante in evaporatore.

La macchina frigorifera ad assorbimento opera conservando, di tale ciclo, i processi di condensazione, laminazione ed evaporazione; il compressore viene sostituito da un assorbitore e da un generatore. Tale sistema serve a trasformare il vapore a bassa pressione in ingresso in vapore ad alta pressione in uscita. Il vapore a bassa pressione proveniente dall’evaporatore non viene più compresso meccanicamente, come avveniva nel ciclo a compressione di vapore, ma viene inviato ad un assorbitore: questo dispositivo sottrae calore al vapore e fa si che quest’ultimo venga immagazzinato in una miscela inizialmente povera. Una volta arricchita la miscela viene prelevata da una pompa e inviata ad un generatore: questo si comporta inversamente all’assorbitore, in quanto richiede calore per produrre vapore ad alta pressione, che fluisce nel condensatore, e soluzione nuovamente povera, che viene rinviata nell’assorbitore mediante una valvola di laminazione.

POMPA DI CALORE

CICLO RANKINE CON UN SURRISCALDAMENTO, I COMPONENTI DELL’IMPIANTO E INDICARE COME SIA POSSIBILE MIGLIORARE IL RENDIMENTO DEL CICLO. Il ciclo ideale degli impianti motori a vapore è costituito da 4 trasformazioni internamente reversibili: 1-2 compressione isoentropica in una pompa2-3 somministrazione di calore a pressione costante in caldaia3-4 espansione isoentropica in una turbina4-1 sottrazione di calore a pressione costante in un condensatore l'acqua entra nella pompa come liquido saturo, la temperatura si eleva e il volume specifico diminuisce, l'acqua entra in caldaia come liquido sottoraffreddato ed esce come vapore surriscaldato. Il calore viene trasferito all'acqua a pressione costante e deriva da gas combusti. il vapore surriscaldato si espande isoentropicamente e produce lavoro, pressione e temperatura scendono e si mette in rotazione un albero. Il vapore entra in un condensatore e viene condensato a pressione costante cedendo calore al pozzo termico. Infine esce come liquido saturo ed entra nella pompa per ripetere il ciclo.Componenti: pompa, caldaia, turbina, condensatore, dispositivi a flusso stazionario, pertanto si può usare la formula: q-l= Δh Rendimento termico: µt= 1 – qu/ qe

Per migliorare il rendimento termico bisogna aumentare la temperatura media alla quale il calore viene fornito al fluido evolvente in caldaia e diminuire la temperatura alla quale il calore viene sottratto al fluido evolvente nel condensatore. I metodi possibili sono dunque: - Abbassamento della pressione di condensazione < p < T > QE Esiste un limite inferiore alla pressione di condensazione non può essere inferiore alla pressione di saturazione corrispondente alla temperatura del pozzo termico.- Aumento della temperatura di surriscaldamento del vapore Senza aumentare la pressione in caldaia fa aumentare il titolo di vapore, tuttavia la temperatura massima è data dalla resistenza accanita dei materiali - Aumento della pressione in caldaia Aumenta la temperatura media alla quale il calore viene somministrato al fluido e aumenta il contenuto della fase liquida all'uscita della turbina.Per evitare tale effetto collaterale e per ridurre il contenuto della fase liquida alla fine dell'espansione si fraziona l'espansione in turbina in 2 stadi e si effettua tra essi un risurriscaldamento del vapore, ciò viene fatto inviando il vapore all'uscita dalla turbina di alta pressione nuovamente in caldaia dove viene risurriscaldato a pressione costante per poi completare l' espansione fino alla pressione di condensazione nella turbina di bassa pressione. Il rendimento aumenta del 4-5 % per effetto dell'incremento della temperatura alla quale si ha la somministrazione del calore al fluido. Bisogna evitare che il vapore all'uscita della turbina sia surriscaldato perchè ciò farebbe diminuire il rendimento a causa dell'incremento della temperatura durante il processo di sottrazione di calore.

CICLO OTTO, DESCRIVERE IL SUO FUNZIONAMENTO E LE SUE DIFFERENZE RISPETTO AD UN CICLO DIESEL. Il ciclo Otto è il ciclo ideale dei motori alternativi ad accensione comandata. La maggior parte dei motori ad accensione comandata è costituita da motori a combustione interna a 4 tempi (compressione, espansione, scarico, aspirazione) gli altri sono motori a 2 tempi (compressione, aspirazione). L'analisi termodinamica di tali cicli viene fatta mediante il ciclo otto ideale ad aria standard, esso consiste in quattro trasformazioni internamente reversibili: 1-2 compressione isoentropica 2-3 somministrazione di calore a volume specifico costante3-4 espansione isoentropica 4-1 sottrazione di calore a volume specifico costanteIl ciclo è eseguito in un sistema chiuso è il sistema non cambia lavoro nelle trasformazioni 2-3 e 4-1, a v= cost quindi l = 0

Rendimento termico

k=rapporto tra calori specificip=rapporto volumetrico di compressione

Il rendimento è funzione crescente del rapporto volumetrico di compressione e del rapporto tra i calori specifici. L'incremento del rendimento termico con il rapporto di compressione volumetrico non è molto pronunciato se questo è già elevato, è necessario inoltre limitare superiormente il valore del rapporto volumetrico di compressione per evitare la denotazione nel motore ( autoaccensione del combustibile). Il rapporto K e il rendimento del ciclo

diminuiscono all'aumentare della dimensione delle molecole del fluido. I motori reali hanno un fluido con molecole più grandi di quelle dell'aria, inoltre k diminuisce con la temperatura. I cicli reali hanno un rendimento termico inferiore a quello ideale, pari al 25-30%.CICLO DIESEL

Il ciclo Diesel è il ciclo ideale dei motori ad accensione spontanea, differisce dal MAC solo nel modo in cui avviene la accensione della miscela di combustibile. Nel motore diesel la candela è sostituita da un iniettore di combustibile e nella fase di compressione il cilindro contiene solo aria che viene compressa fino a raggiungere una temperatura superiore a quella di autoaccensione del combustibile. La combustione inizia spontaneamente non appena il

combustibile iniettato viene a contatto con l'aria. I motori diesel non sono soggetti al problema dell'autoaccensione, pertanto possono essere progettati con valori di rapporti volumetrici più alti. Nel motore benzina il cilindro contiene anche combustibile sul quale vengono poste limitazioni che il motore diesel non pone, possono essere utilizzati i combustibili meno raffinati e meno costosi. Il ciclo diesel è composto da trasformazioni internamente reversibili: 1-2 compressione isoentropica 2-3 somministrazione di calore a pressione costante 3-4 espansione isoentropica 4-1 sottrazione di calore a volume specifico costante.Differisce dal ciclo otto nella trasformazione 2-3Rendimento termico

k=rapporto tra calori specificip=rapporto volumetrico di compressione τ=rapporto volumetrico di introduzione, Rapporto tra il volume del cilindro alla fine e all'inizio della somministrazione di calore

Il rendimento è funzione crescente del rapporto volumetrico di introduzione a parità di rapporto volumetrico di compressione. Il rendimento termico Diesel è inferiore al rendimento termico Otto. Tuttavia il rendimento diesel è pari al 35 - 40% poiché il rapporto volumetrico di compressione è maggiore. Il ciclo Diesel differisce dal ciclo Otto per la seconda fase: la combustione ha una durata maggiore rispetto ai motori a benzina e perciò la trasformazione è a pressione costante. Le rimanenti 3 trasf. sono invece le stesse. Infine il rend termico del ciclo D ad aria standard differisce da quello del ciclo O ad aria standard per il solo termine in parentesi, che è funzione crescente di t.

CICLO BRAYTON Utilizzato negli impianti motori a turbina a gas, che di solito funzionano in circuiti aperti. L’aria prelevata viene immessa nel compressore dal quale esce a pressione e temperature più elevate per entrare in camera di combustione, in cui viene bruciato combustibile a pressione costante. I gas combusti entrano in turbina dove si espandono producendo lavoro e vengono poi scaricati nell’atmosfera. Idealmente può essere schematizzato come un impianto a ciclo chiuso. In questo caso il processo di combustione è sostituito da una somministrazione di calore a pressione costante mentre il rinnovo del fluido è sostituito da una sottrazione di calore a pressione costante verso l’ambiente. Le trasformazioni internamente reversibili sono: 1-2 compressione isoentropica 2-3 somministrazione di calore a pressione costante 3-4 espansione isoentropica 4-1 sottrazione di calore a pressione costante

.

Nel ciclo Brayton la T più alta viene raggiunta alla fine della combustione ed è la max T sopportata dalle pale. Questo è un limite anche per B. I motori a turbina a gas sono usati nella propulsione aerea e nella produzione di energia elettrica.

CICLO BRAYTON CON RIGENERAZIONE Negli impianti motore a turbina a gas può essere inserito un rigeneratore che riscalda l’aria a pressione elevata in uscita dal compressore con i gas combusti ancora caldi. Il rendimento termico del ciclo aumenta perché l’energia dei gas combusti di scarico viene utilizzata per pre-riscaldare l’aria e di conseguenza diminuisce la quantità di calore che deve essere fornita dal fluido. La temperatura più alta dei fluidi che passano per il rigeneratore e T4, quindi l’aria non avrà temperature superiori a T4. L’aria esce dal rigeneratore a T5<T4 e solo nel caso limite locale T5=T4. Il calore combusto tra i gas combusti e l’aria nel caso reale e ideale.

Più un rigeneratore è efficace meno combustibile serve. Per essere più efficace il rigeneratore deve avere maggiore superfice di scambio termico. Per aumentare il rendimento termico si può ricorrere alla compressione multistadio interrefrigerata e all’espansione multistadio con interriscaldamento. Si ottiene cosi la minimizzazione del lavoro richiesto dal turbocompressore e la massimizzazione del lavoro fornito dalla turbina.

CICLO DI CARNOT Il ciclo di Carnot è il ciclo reversibile secondo cui funziona il motore di Carnot è composto da trasformazioni reversibili impossibile da realizzare. Non potendosi eliminare interamente le irreversibilità associate con ciascuna trasformazione tale trasformazioni richiedono la minor quantità di lavoro possibile e ne producono la maggiore .Facendo riferimento ad un sistema chiuso a flusso stazionario le 4 trasformazioni reversibili Che compongono il ciclo sono:

• ESPANSIONE ISOTERMICA il calore fluisce dalla sorgente verso il gas e T rimane costante

• ESPANSIONE ADIABATICA diminuzione della T poiché la sorgente è sostituita da un isolante• COMPRESSIONE ISOTERMICA il calore che fluisce dal gas verso il pozzo tiene la temperatura costante• COMPRESSIONE ADIABATICA riposizionata la guaina il gas è compresso e torna allo stato iniziale, aumento della T da

ti a ts

Essendo un ciclo reversibile è il ciclo a più alto rendimento che lavora tra due prefissati valori di temperatura rendimento irraggiungibile per un ciclo reale

CICLO INVERSO DI CARNOT Il verso viene invertito, il calore Qi viene assorbito da parte del gas del serbatoio a bassa temperatura e Qs Viene ceduto al serbatoio ad alta temperatura. Ln,u è il lavoro fornito al sistema.

TEOREMI DI CARNOT Si riferiscono al rendimento termico dei motori termici reversibile e irreversibile.1 Il rendimento di un motore termico irreversibile è sempre inferiore a quello di uno reversibile che opera tra due stessi serbatoi di calore. 2 I rendimenti dei motori termici reversibili che operano tra due stessi serbatoi sono gli stessiUno scambio tecnico reversibile a T costante è difficile da realizzare nella pratica perché richiederebbe uno scambiatore di calore molto grande e una durata del processo molto lungo. Il suo rendimento è espresso da

COS’È UN CICLO AD ARIA STANDARD? QUANDO VIENE UTILIZZATO? I cicli ad aria standard vengono utilizzati per semplificare lo studio dei cicli diretti a gas che vengono realmente eseguiti nei motori a combustione interna(questi sono molto più complessi) dov'è il fluido evolvente rimane sempre in fase di forme per tutta la durata del ciclo (aria, aria-combustibile si trasformano in prodotti della combustione) e il modo di funzionamento è detto a circuito aperto. Caratteristica fondamentale del ciclo ad aria standard è che tutte le trasformazione sono internamente reversibili e che il fluido evolvente è aria che si comporta come un gas perfetto con calori specifici costanti valutati a temperatura ambiente. In tale ciclo ideale il processo di combustione è sostituito da un processo di somministrazione di calore da una sorgente esterna. Inoltre il fluido evolvente torna nello stato iniziale mediante sottrazione di calore anziché essere rinnovato. Tale semplificazione consente di studiare le prestazioni dei motori reali.COME SONO LEGATE TRA LORO LE LEGGI DI PLANCK, STEFAN E WIEN? QUAL È IL LORO SIGNIFICATO? IN QUALI UNITÀ DI MISURA SONO ESPRESSE LE GRANDEZZE CHE ESPRIMONO? Prima di descrivere le leggi è importante far riferimento alla definizione di un corpo ideale detto corpo nero. Il corpo nero è un perfetto emettitore e assorbitore di radiazioni. La potenza emessa da un corpo nero per unità di area superficiale si può

esprimere mediante la relazione nota come legge di Stefan-Boltzmann:

E = Potere emissivo del corpo nero, T= temperatura assoluta in Kelvin.La legge di distribuzione di Plank è strettamente legata alla precedente e riguarda la definizione del potere emissivo monocromatico o spettrale del corpo nero, la potenza radiante emessa dal corpo nero alla temperatura assoluta T per unità di area superficiale e per unità di lunghezza d'onda e si può esprimere con la seguente relazione:

Fissata la temperatura ,il potere emissivo monocromatico del corpo nero Eny all'aumentare della temperatura della lunghezza d'onda prima aumenta, poi raggiunge il massimo, infine decresce. Fissata la temperatura inoltre la lunghezza d'onda alla quale si verifica il picco massimo è data dalla legge dello spostamento di Wien:

IRRAGGIAMENTO TERMICO

Il calore si può trasmettere in diversi modi per conduzione per convenzione

e per irraggiamento, dove λ sono rispettivamente la conducibilità termica del materiale e h il coefficiente di scambio tecnico convettivo.A differenza delle prime due la trasmissione per irraggiamento non richiede la presenza di un mezzo interposto, avviene alla velocità della luce e non subisce alterazione né vuoto. Il trasferimento di energia avviene attraverso le onde elettromagnetiche prodotte dalla variazione nella configurazione elettroniche degli atomi o delle molecole. La massima potenza termica emessa per irraggiamento da una superficie è data dalla legge di Stefan Boltzmann:

Ts è la temperatura assoluta, A è l’area della superfice costante

Tale potenza è emessa da una superfice ideale detta corpo nero, per qualsiasi altra superfice si ha:

L’emissività deve essere compresa tra 0 e 1.

Importante inoltre Il coeff. di assorbimento α per esprimere la relazione

cioè la frazione di energia radiante che incide sulle superfici e viene assorbita dalla superfice stessa.

Per determinare la potenza netta scambiata per irraggiamento in caso di una superficie relativamente piccola di area a e temperatura Ts contenuta da una superficie più grande a temperatura assoluta Tc, separate da un gas che non interferisce con radiazione si usa la relazione :

La potenza netta trasmessa per irraggiamento tra due superfici nere è data dalla relazione

F è il fattore di vista tra la sup. 1 e la sup. 2

La potenza termica netta trasmessa per irraggiamento da una generica superficie i di una cavità nera si calcola sommando la potenza netta trasmessa per irraggiamento dalla superficie i verso altre superfici della cavità.

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Il secondo principio della termodinamica afferma che l’energia ha qualità oltre che quantità e che i processi reali tendono a una riduzione dell’energia e che le trasformazioni procedono secondo un verso. Il secondo principio è costituito da più enunciati. L’enunciato di Kelvin Planck esprime che per una qualsiasi apparecchiatura, che opera secondo un ciclo, è impossibile ricevere calore da una sola sorgente e produca lavoro utile. Un motore termico per completare il ciclo deve scaricare in un pozzo una parte fornitagli dalla sorgente. Il rendimento di un motore non può essere del 100/100 sia che si parli di motori ideali sia reali. E’ necessario scambiare calore con almeno due sorgenti di energia. Altro enunciato è quello di Clausius riguardante il verso. L’enunciato afferma che è impossibile realizzare una macchina che opera secondo cicli il cui

unico effetto è il trasferimento di calore da un corpo a bassa temperatura ad un altro a bassa temperatura. Le macchine termiche oltre al trasferimento di calore avranno altri effetti, come per esempio l’assorbimento di energia e richiederanno lavoro in entrata dall’esterno. Si può notare che quando il calore viene scambiato da un corpo ad alta temperatura ad uno a bassa temperatura subisce un degrado del momento che alla fine del processo una buona parte di esso potrà essere nuovamente in lavoro. Il secondo principio permette di introdurre una nuova grandezza di stato che rappresenta una misura del disordine molecolare questa è definita “entropia”:

Durante una trasformazione reale la qualità dell’energia diminuisce con conseguente aumento dell’entropia. La sottrazione di calore fa diminuire l’entropia, la somministrazione e la irreversibilità producono un aumento.PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA o principio della conservazione dell’energia. Il primo principio della termodinamica afferma che in un processo ciclico la somma algebrica delle quantità di calore ΣQ scambiate deve eguagliare la somma algebrica delle quantità di lavoro ΣL scambiate tra l’ambiente ed il sistema. Esso costituisce l’espressione del fatto che la somma algebrica delle energie scambiate dal sistema con l’ambiente eguaglia la variazione della somma delle varie forme di energia posseduta dal sistema. Questo principio tuttavia non fornisce alcuna indicazione riguardo: l’evoluzione spontanea delle trasformazioni; il rendimento delle trasformazioni; la reale reversibilità di un fenomeno.L’energia non può essere creata né distrutta, ma può cambiare forza. Quando un sistema interagisce con l’ambiente la quantità di energia guadagnata dal sistema, deve essere esattamente uguale alla quantità persa nell’ambiente. Inoltre per un sistema chiuso tutte le trasformazioni adiabatiche tra due stati di equilibrio avvengono in modo che il lavoro netto compiuto è lo stesso indipendentemente dalla natura del sistema chiuso e della particolare trasformazione adiabatica. L’entità del lavoro netto deve dipendere solo dagli stati iniziale e finale del sistema e deve corrispondere alla variazione di energia totale dalla variazione dell’energia totale del sistema deve essere uguale al lavoro scambiato con l’ambiente Q= ΔE (L=0)-L= ΔECioè in assenza di lavoro scambiato, la quantità di calore netto scambiato con l’ambiente eguaglia la variazione dell’energia totale in un sistema chiuso, mentre per le trasformazioni adiabatiche Il lavoro è uguale alla variazione di energia totale. Se si considerano scambi simultaneamente di lavoro e calore i loro contributi si sommano. Q - L= ΔU per sistemi stazionari q - l = ΔU ( J/Kg) per unità di massa

per unità di tempo

Facendo riferimento sempre a tale principio considerando un flusso stazionario la massa e l’energia del volume di controllo rimangono costanti.

La soddisfazione del primo principio non assicura che la trasformazione avvenga realmente.

CONSIDERAZIONI DI TIPO PROGETTUALE Informazioni sull’edificio

Ad un piano singolo e multipiano, altezze e superfici

Orientamento dell’edificio Localizzazione dell’edificio e tipologie degli

ingressi, finestre e lucernari

Tipologie costruttive dei pavimenti , delle pareti interne ed esterne e delle coperture

Carico dei solai ammissibile Tipologia degli isolamenti e spessori Localizzazione delle reti esterne di adduzione e di

scarico rispetto al fabbricatoInformazioni sull’uso dell’edificio

Requisiti necessari per la lavorazione e i prodotti Requisiti necessari per il personale: livelli di

temperatura, livello di attività Macchinari per il processo Requisiti di pulizia , qualità dell’aria

Movimentazione materiale Tipologia e posizionamento apparecchi luminosi Potenze elettriche Livelli acustici consentiti

BILANCIO TERMICOScopo di un impianto di condizionamento è mantenere in un ambiente le condizioni che :

Contribuiscono al comfort dell’individuo (impianti di climatizzazione) Sono necessarie per determinati processi di fabbricazione(impianti di condizionamento)

Per raggiungere questo obiettivo l’impianto deve avere una potenzialità sufficiente che deve essere controllata, qualunque ne sia la ragione, da un dispositivo di regolazione. La potenzialità è determinata in funzione dei carichi massimi reali. Il carico termico istantaneo e il carico reale fornito dall’impianto sono raramente identici a causa dell’inerzia termica dei materiali che costituiscono il locale. Il carico reale è definito come la quantità di calore fornita e assorbita dall’impianto durante l’unità di tempo.ELEMENTI DI PROGETTO

Temperatura e umidità esterni di progetto Temperature interne di progetto Umidità interna di progetto Ricambio aria richiesto Livelli di funzionamento dell’impianto

Carichi interni e inerzia termica dei materiali Energia disponibile e possibilità di recuperarla Normativa nazionale e locale di riferimento Facilità delle operazioni di manutenzione Valutazione costi d’impianto e costi di esercizio

STIMA DEI CARICHI TERMICICARICHI ESTERNI

Trasmissione termica attraverso superfici perimetrali

Irraggiamento diretto attraverso le vetrate Irraggiamento dei muri e dei tetti Differenza di temperatura rispetto ai locali

adiacenti Azione del vento nell’immobile Carico latente

CARICHI INTERNI Persone presenti Illuminazione Apparecchi diversi Calcolatori Motori elettrici Tubazioni serbatoi d’acqua calda Sorgenti diverse

TIPOLOGIE D’IMPIANTOQg = P- ηG Qg (potenza impianto) P- ηG (carico edificio)

Impianto elettrico Illuminazione artificiale Di forza motrice(prese) Impianto ascensore

Impianti speciali Impianto allarme Di domotica Telefonia/dati Tv Citofono Rilevazione incendio

Impianti meccanici (domestici) Climatizzazione Estrazione fumi Adduzione acqua Acqua reflue Gas

Impianti meccanici (industriali, speciali) Depurazione Acque industriali Aria compressa Distribuzione vapore Gas medicali antincendio

Percorsi verticali per gli impianti sono chiamati cavedi. Percorsi orizzontali sono mascherati da controsoffitti o finte travi.Ogni impianto ha un grado di invasività differente che varia da quello meno invasivo a quello più ingombrante ( impianto adduzione acqua, industrie) Per gli edifici non totalmente autosufficienti, alcuni impianti saranno allacciati alle reti urbanizzate: idrica, acqua reflue, gasElettrica. Per tali reti non avremo il generatore( all’interno dell’edificio) ma arriverà il transfer

CONDIZIONAMENTO DELL’ARIA

CLASSIFICAZIONE IMPIANTI Gli impianti si classificano in funzione del transfer erogato in ambiente per neutralizzare il carico termico sensibile o latente: IMPIANTI AD ARIA intervengono su Qs-Ql, mediante trattamenti di riscaldamento, raffreddamento, umidificazione , deumidificazioneIMPIANTI AD ACQUA intervengono su Qs, mediante trattamenti di riscaldamento, raffreddamentoIMPIANTI ARIA- ACQUA intervengono su Qs-Ql mediante trattamenti di riscaldamento, raffreddamentoIMPIANTI AUTONOMI (non a rete) Gli impianti ad aria e ad acqua possono essere classificati inoltre in funzione delle rete di distribuzione:IMPIANTI AD ARIA

PORTATA COSTANTE PORTATA VARIABILE

Entrambi possono essere : MONOCONDOTTO per ogni singolo impianto( uno per l’andata uno per il ritorno) DOPPIO CONDOTTO per il caldo e per il freddo contemporaneamente

IMPIANTI MISTI ARIA –AQUA VENTILCONVETTORI AD INDUZIONE

Entrambi possono essere : 2 TUBI , uno per l’andata , uno per il ritorno, ad una sola temperatura calda o fredda 4 TUBI, uno per l’andata , uno per il ritorno, per la temperatura calda e uno per l’andata , uno per il ritorno, per

la temperatura freddaIMPIANTI AD ACQUA

Radiatori Pannelli radianti Aerotermi Ventilconvettori

COMPONENTI DI IMPIANTO, UNITÀ TRATTAMENTO ARIA (UTA) Nella sezione di trattamento dell’aria sono localizzate: le serrande di ricircolo e dell’aria esterna, i dispositivi filtranti, la batteria di raffreddamento/riscaldamento dell’aria ad espansione o condensazione di refrigerante e infine l’unità ventilante, generalmente costituita da un ventilatore.Attraverso lo SCAMBIATORE DI CALORE, aria ed acqua scambiano calore, senza mai entrare in contatto. La batteria è costituita da una serpentina alla quale si aggiungono barrette per aumentare la superficie di contatto. Ogni batteria è formata dal rango. L’UMIDIFICATORE ADIABATICO è un altro componente essenziale dell’impianto, per deumidificare invece occorre raffreddare sotto la temperatura di rugiada , l’aria inizia a condensare e togliere umidità. Il VENTILATORE invece aumenta la pressione dell’aria affinché possa avere una velocità adeguata per attraversare i canali e uscire da questi.IMPIANTI A TUTT’ARIA

Scopo fondamentale è realizzare e mantenere nel tempo condizioni di benessere termoigrometrico all’interno degli edifici per un agevole svolgimento delle attività in condizioni di comfort per gli occupanti. Controllando i parametri che influenzano il benessere ambientale, in particolare: temperatura ambiente, umidità relativa, velocità e purezza dell’aria.In generale: nell’impianto di condizionamento a sola aria le condizioni termoigrometriche di progetto sono mantenute nell’ambiente tramite l’immissione di aria a temperatura, umidità e portata opportune. La regolazione dell’impianto a tutt’aria avviene in due modi: variazione della temperatura d’ingresso ( impianti a portata costante) o variazione della portata dell’aria (impianti a potata variabile - VAV). La potenza termica Q fornita e/o sottratta da una data portata d’aria G è: Q= G ργ (Ti - Ta) in cui ρ e γ sono densità e calore specifico dell’aria e Ti e Ta sono rispettivamente la temperatura dell’aria di immissione e dell’aria ambiente. Per variare Q, nella regolazione dell’impianto si possono variare: Ti (impianti a portata costante); G (impianti a portata variabile). Negli impianti a tutt’aria , l’aria esterna entra mediante una ‘serranda’ nell’ UTA , dove ci sono lo scambiatore e l’umidificatore adiabatico, per mezzo di un ventilatore, che separa l’aria in condizioni di sovrappressione per vincere le perdite di carico all’interno delle tubazioni , viene immessa nell’ambiente. L’immissione in ambiente può avvenire attraverso : effetto pistone, coanda, dislocamento. Infine l’aria viene portata all’esterno, una parta di aria espulsa può essere riutilizzata, in tal caso l’aria di ricircolo verrà miscelata con l’aria esterna prima di essere inviata allo scambiatore. Un sistema può anche essere a tutto ricircolo, tale sistema non tiene conto della qualità dell’aria e viene utilizzato per realizzare impianti di edifici in cui non andranno persone, per esempio un magazzino. In estate la Ti sarà minore di 6-8 gradi rispetto alla Ta e di conseguenza Hi>Ha, con Qs positivo, in inverno Ti> 10-15 gradi rispetto alla Ta , Hi<Ha, Qs negativo. Inoltre se nel periodo estivo funzionano solo due batterie quella di raffreddamento e riscaldamento, nel periodo invernale funziona la batteria di riscaldamento e una di post riscaldamento. Tali impianti sono idonei per grandi ambienti, ambienti industriali per esempio, e risolvono specifiche problematiche di settore in relazione a temperatura, umidità e purezza dell’aria. Tutti i componenti hanno una collocazione centralizzata e sono facilmente manutenibili. Nelle mezze stagioni inoltre si può usare l’aria esterna , senza trattarla, per eliminare il carico ambiente, si parla di sfruttamento di FREE – COOLING Tali impianti richiedono spazi addizionali per i canali d’aria e una rete complessa di distribuzione dell’aria. DISEGNARE LO SCHEMA FUNZIONALE DI UN IMPIANTO A PORTATA VARIABILE MULTIZONA, VANTAGGI E APPLICAZIONI.

Scopo fondamentale è realizzare e mantenere nel tempo condizioni di benessere termoigrometrico all’interno degli edifici per un agevole svolgimento delle attività in condizioni di comfort per gli occupanti. Controllano i parametri che influenzano il benessere ambientale, in particolare: temperatura ambiente, umidità relativa, velocità e purezza dell’aria.In generale: nell’impianto di condizionamento a sola aria le condizioni termoigrometriche di progetto sono mantenute nell’ambiente tramite l’immissione di aria a temperatura, umidità e portata opportune. La regolazione dell’impianto a tutt’aria avviene in due modi: variazione della temperatura d’ingresso ( impianti a portata costante) o variazione della portata dell’aria (impianti a potata variabile - VAV). La potenza termica Q fornita e/o sottratta da una data portata d’aria G è: Q= G ργ (Ti - Ta) in cui ρ e γ sono densità e calore specifico dell’aria e Ti e Ta sono rispettivamente la temperatura dell’aria di immissione e dell’aria ambiente. Per variare Q, nella regolazione dell’impianto si possono variare: Ti (impianti a portata costante); G (impianti a portata variabile). Vantaggi impianti a tutt’aria: Collocazione centralizzata di tutti i componenti principali; Conseguente facilità di manutenzione centralizzata in spazi tecnologici di norma ampli e ben accessibili (centrali termiche); Non richiede interventi nelle zone di lavoro; Maggiore possibilità di sfruttamento del free cooling; Facile adattabilità al recupero di calore; E’ possibile avere grandi portate di aria di rinnovo; Consente cambi stagionali automatici; Consente il controllo di tutti i parametri del benessere ambientale (temperatura, umidità, velocità dell’aria, rumorosità). Svantaggi impianti a tutt’aria: Richiede spazio addizionale per i canali d’aria, solitamente ingombranti; Richiede energia addizionale per le zone perimetrali o per spazi a fattore termico differente o durante le ore di non occupazione dei locali (a

meno di non usare impianti a portata d’aria variabile); Difficoltà di bilanciamento per l’estensione e complessità delle reti di distribuzione dell’aria; Necessità di accesso agli apparecchi terminali (cassette di distribuzione, ….); Aria di rinnovo non convogliabile ai singoli ambienti in funzione delle loro esigenze temporali; Difficoltoso controllo della temperatura nei singoli ambienti; Controllo parziale dell’umidità relativa nei singoli ambienti.Gli impianti a sola aria vanno bene per: grandi aree; per risolvere specifiche problematiche di settore in relazione a temperatura, umidità o purezza dell’aria; ambienti industriali; impianti con trattamento centralizzato della sola aria primaria e successivo trattamento finale locale.Un impianto a portata variabile multizona è un impianto di condizionamento a sola aria, in cui la regolazione della potenza termica ceduta o sottratta all’ambiente avviene mediante variazione della portata d’aria immessa. L’aria è inviata negli ambienti mediante un sistema di distribuzione e, laddove presente, di ripresa, analogo a quello degli impianti a portata costante (il sistema di distribuzione è costituito da una rete di canali di mandata e dai relativi terminali di immissione -bocchette, anemostati, diffusori lineari-; dove è possibile il ricircolo, è presente anche un sistema di bocchette e canalizzazioni di ripresa, che convogliano parte dell’aria ambiente di nuovo nell’unità di trattamento aria, per essere poi ricircolata). Vantaggi: il trattamento di una portata d’aria ridotta può consentire un significativo risparmio energetico e questo spiega la diffusione di tale tipologia di impianto negli ultimi anni. Svantaggi: la riduzione di portata è al massimo del 25 - 30 % del valore nominale, pertanto a volte non è possibile controbilanciare variazioni maggiori del carico termico; tali impianti sono quindi realizzati generalmente in locali caratterizzati da variazioni contenute del carico termico. Sia gli impianti a portata costante che quelli a portata variabile possono presentare due diverse tipologie di sistemi di distribuzione dell’aria: monocondotto e a doppio condotto. Un sistema che costituisce un compromesso tra gli impianti monocondotto e quelli a doppio condotto è costituito dai sistemi multizone. Possono essere impiegati nel caso di edifici molto grandi, in cui è possibile individuare zone termoigrometriche con diversità d’impiego o di esposizione. L’aria è trattata centralmente e distribuita con la stessa umidità specifica, ma ad una temperatura diversa a seconda delle zone. Tutti i trattamenti dell’aria, tranne il post-riscaldamento, sono effettuati centralmente; a valle dell’umidificatore adiabatico la portata d’aria è suddivisa in funzione delle esigenze delle diverse zone individuate all’interno dell’edificio ed è trattata in altrettante batterie di postriscaldamento di zona.

Nell’immagine: impianto a tutt’aria a portata costante multizone.Un esempio di impianto a portata variabile di tipo "ibrido" è quello dell'edificio della Hong Kong & Shanghai BankOgni piano di questo grattacielo di 46 piani è servito da due unità cli trattamento composte di due sezioni:- sezione a portata variabile, con miscela di aria esterna e di ricircolo e raffreddamento; - sezione a portata costante a tutto ricircolo, con un‘unica batteria di riscaldamento o raffreddamento dotata di sistema di commutazione.IMPIANTI MISTI ARIA- ACQUANegli impianti di condizionamento misti aria-acqua l’immissione di aria (detta aria primaria) consente il controllo dell’umidità relativa, della velocità e della purezza dell’aria ambiente; la circolazione di acqua all’interno di opportuni elementi terminali consente il controllo localizzato della temperatura dell’aria ambiente. L’ingombro dei canali per la distribuzione dell’aria è minore rispetto agli impianti a tutt’aria, essendo la portata necessaria al controllo di umidità relativa e purezza generalmente inferiore rispetto a quella necessaria al controllo della temperatura. Il controllo locale della temperatura influenza il valore dell’umidità relativa dell’aria che, essendo controllato centralmente, può assumere valori al di fuori di quelli ottimali quindi occorre che i carichi latenti non risultino eccessivi, al fine di consentire un miglior controllo dell’umidità relativa. L’elevata

portata d’aria primaria che si renderebbe necessaria vanificherebbe il vantaggio delle dimensioni contenute dei canali di distribuzione, tipico di queste soluzioni. Negli impianti misti non viene effettuato il ricircolo; l’aria è pertanto estratta mediante torrini di estrazione collocati in corrispondenza dei servizi che, trovandosi in depressione, richiamano aria da tutti gli ambienti. L’aria è generalmente fatta fluire attraverso i corridoi, nei quali transita attraverso opportune griglie di transito installate nelle porte dei singoli ambienti. In base alle caratteristiche degli elementi terminali, possono essere classificati in: impianti con ventilconvettori; impianti a induzione. Sia negli impianti a ventilconvettori sia in quelli a induzione la distribuzione dell’acqua può avvenire con un sistema a due, tre o quattro tubi. Il sistema non è adatto a risolvere applicazioni con grandi portate d’aria di espulsione inoltre la regolazione tende ad essere più complessa ed onerosa rispetto ad altri sistemi dovendo intervenire su più unità terminali questi ultimi inoltre per garantire una elevata efficienza dei terminali hanno una elevata difficoltà di mantenimento. Alcuni svantaggi sono indipendenti dalle scelte progettuali (apparecchiature selezionate) e possono essere risolte con selezioni più costose. DISEGNARE UN IMPIANTO ARIA-ACQUA A 4 TUBI MONOBATTERIA Negli impianti di condizionamento misti aria-acqua l’immissione di aria (detta aria primaria) consente il controllo dell’umidità relativa, della velocità e della purezza dell’aria ambiente; la circolazione di acqua all’interno di opportuni elementi terminali consente il controllo localizzato della temperatura dell’aria ambiente. L’ingombro dei canali per la distribuzione dell’aria è minore rispetto agli impianti a tutt’aria, essendo la portata necessaria al controllo di umidità relativa e purezza generalmente inferiore rispetto a quella necessaria al controllo della temperatura. Il controllo locale della temperatura influenza il valore dell’umidità relativa dell’aria che, essendo controllato centralmente, può assumere valori al di fuori di quelli ottimali quindi occorre che i carichi latenti non risultino eccessivi, al fine di consentire un miglior controllo dell’umidità relativa. L’elevata portata d’aria primaria che si renderebbe necessaria vanificherebbeil vantaggio delle dimensioni contenute dei canali di distribuzione, tipico di queste soluzioni.Negli impianti misti non viene effettuato il ricircolo; l’aria è pertanto estratta mediante torrini di estrazione collocati in corrispondenza dei servizi che, trovandosi in depressione, richiamano aria da tutti gli ambienti. L’aria è generalmente fatta fluire attraverso i corridoi, nei quali transita attraverso opportune griglie di transito installate nelle porte dei singoli ambienti. In base alle caratteristiche degli elementi terminali, possono essere classificati in: impianti con ventilconvettori; impianti a induzione. Sia negli impianti a ventilconvettori sia in quelli a induzione la distribuzione dell’acqua può avvenire con un sistema a due, tre o quattro tubi. I sistemi a tre o a quattro tubi vengono utilizzati quando è necessario contemporaneamente riscaldare alcune zone e raffreddarne altre (es. zone con esposizioni diverse in particolare nelle stagioni intermedie). In questi casi i terminali possono essere alimentati contemporaneamente sia dal circuito freddo che da quello caldo. Adottando delle valvole distributrici a tre vie, è possibile la differenziazione per zone. I sistemi a quattro tubi oltre a mantenere completamente separati i circuiti dell’acqua calda e refrigerata, hanno, per l’appunto, elementi terminali che presentano due batterie, una per l’acqua calda e una per quella refrigerata, collegate ai rispettivi circuiti. Delle due batterie entra in funzione di volta in volta quella in grado di soddisfare le richieste termiche di ciascun ambiente. Tali sistemi risultano molto più costosi di quelli a due tubi in quanto presentano un doppio circuito e degli elementi terminali molto più complessi, essendo dotati di due batterie (sono l’equivalente degli impianti a tutt’aria a doppio condotto). Inserendo sulle uscite una valvola a tre vie deviatrice, azionata in parallelo a quella in ingresso, si possono tenere separati il circuito caldo da quello freddo in tutto lo sviluppo della rete. Il termostato ambiente che agisce sulle valvole d’ingresso e d’uscita le commuterà contemporaneamente, inviando tutte le uscite fredde alla rete fredda e tutte quelle calde alla rete calda.

IMPIANTI AD ACQUA Negli impianti ad acqua l’unico transfer energetico è l’acqua , questa può neutralizzare solo il calore sensibile. A differenza degli altri impianti composti dall’Uta, questi si servono di TERMINALI AMBIENTE (ventilconvettori, pannelli radianti, termoventilatori). Gli impianti ad acqua permettono di risolvere problemi differenti fra ambienti diversi e di controllare in ogni locale la temperatura, di contro però non è possibile controllare l’umidità relativa. Oltre a questo svantaggio danno problemi di rumorosità immessa nell’ambiente e hanno un impatto negativo per quanto riguarda l’estetica delle facciate degli edifici a causa degli Split esterni.IMPIANTI AUTONOMILa loro classificazione può essere:. Gruppi autonomi monoblocco ad espansione diretta, ad esempio i condizionatori a finestra;. Gruppi autonomi split system ad espansione diretta.La differenziazione degli impianti può anche essere effettuata per tipologia del fluido condensante (aria, acqua) e per l’ubicazione dello stesso impianto (all’interno o all’esterno). Vantaggi per gli impianti autonomiControllo in ogni locale della temperatura in riscaldamento e in raffrescamento; Permettono di risolvere problemi differenti fra ambienti diversi Offre la massima personalizzazione per ciascun ambiente; consente la massima autonomia dell’utilizzatore.Svantaggi degli impianti autonomiPossibilità limitate di opzioni per dimensioni e regolazioni; Limitate possibilità per alti e bassi valori dell’umidità relativa; Problemi di rumorosità immessa negli ambienti; Impatto negativo dell’estetica per le facciate degli edifici; Pongono vincoli nell’arredo e nella sistemazione interna degli ambienti (ad esempio occupando le finestre o le porte vetrate); Maggiori costi di funzionamento; Maggiori costi di manutenzione; Manutenzione delle apparecchiature in locali occupati.ROOF TOPLe unità roof top, sono macchine sviluppate appositamente per essere installate all’esterno degli edifici e, in particolare, sulla loro copertura. Queste macchine realizzano la concentrazione dell’impianto in un unico involucro e soprattutto negli edifici commerciali, industriali e fieristici costituiscono la soluzione di gran lunga preferita. La loro prerogativa è quella di avere riprese e mandate dell’aria già orientate verso il basso in modo da poter indirizzare l’aria trattata direttamente nelle canalizzazioni sottostanti il solaio di copertura. Così, i roof top, proprio per la loro caratteristica di poter distribuire e riprendere l’aria condizionata localmente, si prestano ad essere posizionati sui solai direttamente sovrastanti agli ambienti da climatizzare. I roof top, nella loro versione più semplificata, si compongono essenzialmente di una sezione di trattamento dell’aria e di una sezione moto-condensante/evaporante del refrigerante. Tutta la componentistica delle unità roof top, è racchiusa in un involucro di lamiera ad alta resistenza all’ossidazione e tenuta all’acqua. Alcune tipologie di roof top sono ben più complesse e sono composte da altre numerose componenti di trattamento dell’aria. Si pensi all’applicazione di dispositivi economizzatori di tipo free-cooling, alle sezioni ventilanti di ricircolo ed espulsione dell’aria, ai recuperatori di calore rotativi, a flussi incrociati e a doppia batteria, alle lampade UVGI ultraviolette, al trattamento dell’aria con bruciatori a gas modulanti ecc. In genere, le unità di condizionamento roof top sono realizzate con circuiti frigoriferi reversibili a pompa di calore aria-aria, in grado di consentire il raffreddamento degli ambienti durante la stagione estiva e di riscaldarli durante quella invernale. EFFICIENZA Le unità di condizionamento roof top risultano talvolta energeticamente più vantaggiose di equivalenti sistemi idronici costituiti da gruppi frigoriferi e unità di trattamento dell’aria. Ad esempio, nei sistemi autonomi roof top non è richiesta la pompa di circolazione dell’acqua che, normalmente, negli impianti idronici funziona costantemente ed indipendentemente dal carico frigorifero richiesto. Inoltre, lo scambio tra espansione o condensazione del gas refrigerante e l’aria che attraversa le batterie, elimina il trasferimento attraverso un fluido vettore intermedio come l’acqua.I ROOF TOP AD ACQUAOggi è sempre più frequente trovare impianti con unità di condizionamento roof top a pompa di calore che utilizzano l’acqua quale pozzo termico: si tratta di applicazioni in impianti ad anello d’acqua, sia esso di tipo aperto, oppure chiuso. Nel primo caso la temperatura dell’acqua nell’anello è garantita dallo scambio termico offerto dal collegamento diretto o indiretto alla falda acquifera. Nel secondo, è necessaria l’applicazione sull’anello chiuso di un geoscambiatore interrato oppure di un generatore a gas o gasolio per supplire alle carenze termiche invernali e di una torre di raffreddamento evaporativa per supplire a quelle estive. I sistemi di condizionamento applicati all’anello d’acqua consentono di ottenere una gestione energeticamente più conveniente. Si pensi, soprattutto al funzionamento invernale durante il quale un roof top ad aria è costretto ad operare con temperature esterne inferiori a 0 °C unendo anche la necessità di effettuare cicli di sbrinamento delle batterie evaporanti, mentre la stessa macchina che utilizzi quale pozzo termico l’acqua, può funzionare con temperature di evaporazione ben più vantaggiose, considerando che la temperatura del fluido circolante nell’anello. CARATTERISTICHE E PROPRIETÀ DEI GETTI D’ARIA NEI TERMINALI DEGLI IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO E MECCANISMI DI DISTRIBUZIONE DELL’ARIA NEGLI AMBIENTI. In generale la diffusione dell’aria deve realizzare i seguenti scopi:- compensare i carichi termici estivi o invernali del singolo locale;- rinnovare l’aria ambiente e diluire gli odori per mezzo di un corretto apporto di aria esterna;- mantenere i gradienti di temperatura sul piano verticale e sul piano orizzontale entro i limiti fissati dalle norme;

- raccogliere il pulviscolo in sospensione nel locale e trascinarlo verso gli elementi di ripresa;- mantenere un livello sonoro entro i limiti richiesti.La parte terminale di un impianto di climatizzazione è costituita dagli elementi per la distribuzione dell’aria.Questi elementi sono spesso determinanti per stabilire il positivo risultato di un impianto sia dal punto di vistafunzionale che estetico. Esistono attualmente due sistemi per la distribuzione dell’aria negli ambienti: - a dislocamento: ha origine nei paesi nordici in tempi recenti e viene sviluppato per il raffrescamento di ambienti industriali. Il flusso d’aria è continuo e realizza una zona pulita al di sotto di un certo strato limite: l’aria più fredda immessa nella zona di soggiorno a livello del pavimento viene “richiamata” nelle zone dove c’è uno sviluppo di calore, con conseguente generazione di corrente ascensionale e di depressione nella parte inferiore dove l’aria primaria “lava” la zona interessata. - a miscelazione: è il sistema più diffuso (può essere distribuzione a flusso turbolento o a flusso laminare orizzontale o verticale) e permette di mandare l’aria da parete e da soffitto. Si basa sul principio della miscelazione dell’aria primaria, calda o fredda in funzione della richiesta, con l’aria ambiente per ottenere una teorica uniformità di velocità e temperatura nella zona occupata. È importante nella scelta del tipo di terminale, l’utilizzo richiesto.

• Terminali di distribuzione a flusso turbolento: bocchette a parete ad alette, ugelli, diffusori a coni, diffusori spiroidali, diffusori lineari.

• Terminali di distribuzione a flusso laminare orizzontale o verticale: travi fredde, canali in tessuto, permeabili o forellati. Con i sistemi a flusso laminare è possibile ottenere un elevato grado di purezza dell'aria ambiente e quindi una forte riduzione degli inquinanti. La riduzione è ottenuta per spostamento fisico dell'aria inquinata, alla quale va a sostituirsi aria trattata, con un meccanismo ad effetto pistone realizzato ricorrendo a distribuzioni del tipo a flusso unidirezionale laminare, ovvero a bassa turbolenza.

ARCHITETTURA BIOCLIMATICA E LA PROGETTAZIONE :Una costruzione che consenta di risparmiare energia da combustibili fossili e, al contempo, di mantenere legiuste condizioni di comfort e qualita’ della vita, non in virtu’ di sistemi ausiliari aggiunti a-posteriore almanufatto, bensì grazie alle tecnologie, ai materiali e alla configurazione degli spazi e dei sistemi edificatistessi. Le principali caratteristiche sono:

Risparmio energetico Comfort Progettazione integrata, cioè guardando alla struttura , agli impianti prevedendo gia in fase di progettazione tutti gli

elementi che costituiranno l’edificio. L’Edificio è un sistema termodinamico aperto (c’è trasferimento di energia e di materia)

Fattori da considerare nella progettazione di un edificio: Condizioni climatiche locali Orientamento dell’edificio Elementi ombreggianti dell’ambiente esterno Rapporto tra superficie dell’involucro e volumetria

IL TEPEEQuest'involucro ha due falde riportate, che restano sporgenti in alto e possono essere tenute aperte, per l'uscita del fumo e per l'aerazione o chiuse, spostando i due pali ai quali sono appese, per riparare dalla pioggia e dal freddo. I pali possono essere spostati anche per posizionare l'apertura sottovento, in modo tale da favorire la fuoriuscita del fumo. In inverno, attorno alla tenda si colloca un barriera circolare fatta di sterpaglia, per protezione contro i venti freddi. D'estate, le pelli sono sollevate nella parte inferiore, per ventilare lo spazio interno. All'interno, la capanna è foderata, fino ad un terzo dell'altezza utile, da uno strato di pelle conciata, fissata in modo da crear un'intercapedine d'aria verso la pelle esterna. Quest'ultima ha la funzione di mantenere asciutto l'ambiente interno, anche in caso di pioggia, e di aumentare il tiraggio termico per l'uscita del fumo.SISTEMI PASSIVII sistemi attivi invece necessitano di sistemi esterni per funzionareIl progetto di sistemi solari passivi (insiti nell’involucro edilizio) si basa sui seguenti concetti generali:

la captazione della radiazione solare; la distribuzione dell’energia solare;

Far giungere il calore solare a tutti i locali dipende direttamente dal progetto dell'edificio e del sistema di riscaldamento. L’Obiettivo del progettista è quello di minimizzare la rete di distribuzione. Il sistema più efficace per distribuire l'energia solare è quello di disporre i locali in modo che l'energia sia raccolta ed accumulata direttamente al loro interno o nelle immediate vicinanze.

la luce naturale e il comfort visivo la ventilazione naturale; l'accumulo dell'energia solare;

L'energia solare utile raccolta può essere massimizzata con: la scelta di un orientamento ed una inclinazione favorevoli; l'installazione di riflettori della luce solare; l'evitare ombre riportate;

l'utilizzo di vetrate con elevata trasmittanza della radiazione solare; la scelta di un sistema ad elevato assorbimento della radiazione solare.Per ridurre le dispersioni di calore possono essere utilizzati i seguenti sistemi: vetrate a bassa conduttanza termica; schermi isolanti mobili.

La schermatura più efficace per una finestra rivolta a sud è quella orizzontale, mentre per le finestre rivolte ad est oppure ovest si devono usare schermi verticali. I dispositivi più semplici sono gli aggetti ed i frangisole. Gli schermi fissi tagliano sempre una parte della radiazione diffusa e quindi riducono l'illuminazione naturale.

SISTEMI DI RISCALDAMENTO PASSIVOI sistemi di captazione in particolare si distinguono in funzione:-delle caratteristiche dell'apertura per la raccolta della radiazione solare;-dell’interazione tra radiazione solare e accumulo termico;-del sistema di rilascio dell'energia nello spazio riscaldato.I meccanismi di trasferimento dell'energia sono i seguenti:-sistemi a guadagno diretto in cui l'accumulo primario è all'interno dello spazio abitato e la sua superficie, che raccoglie la radiazione solare, riemette l'energia termica nello stesso spazio(serra diretta)-sistemi a guadagno indiretto in cui l'accumulo termico primario fa parte del tamponamento esterno dell'edificio, per cui la radiazione solare è assorbita direttamente dall'accumulo senza entrare direttamente nello spazio abitato. L'accumulo termico agisce come elemento moderatore tra superficie di raccolta e spazio interno( muri trombe , muro massivo , muro d’acqua)-sistemi a guadagno isolato in cui la superficie di raccolta è separata dall'accumulo termico ed il trasferimento dell'energia deve essere attivato tra i due o dal collettore allo spazio abitato direttamente (serra , collettore massivo isolato)

SISTEMI DI RISCALDAMENTO PASSIVO 2SISTEMI A GUADAGNO DIRETTO: Per realizzarli serve un'ampia superficie vetrata rivolta a sud, una massa termica nel soffitto o nelle pareti posizionata per l'esposizione solare e adatta all'accumulo e l'isolamento di questa dall'esterno. Se le vetrate non disponessero di schermature o di pannelli mobili isolanti si incorrerebbe in situazioni di disagio come le perdite di calore in inverno o il surriscaldamento in altre stagioni. Il guadagno diretto è un sistema semplice da realizzare, le vetrate consentono un elevato standard di illuminazione naturale, il loro materiale è facile da reperire e non è un sistema dispendioso. Di contro con le vetrate vi è poca privacy, passano radiazioni ultraviolette che danneggiano alcuni materiali, i sistemi per l'isolamento sono costosi.SISTEMI A GUADAGNO INDIRETTO: Sfruttano il calore solare accumulato da una massa posta tra il sole e l'ambiente da riscaldare. Il trasferimento di energia dal collettore all'ambiente avviene solo per convezione o per irraggiamento

Il MURO TROMBE (indiretto) definito sistema di accumulo termico e indicato per climi freddi, permette di distribuire il calore per convezione. Viene posto un intercapedine tra vetrata e massa termica in cui si raggiungono temperature elevate. Serrande isolanti, vetri doppi con alta resistenza termica e strati selettivi sul muro consentono di ridurre in inverno le perdite di calore. Aggetti, isolanti mobili o aperture di areazione in comunicazione con l'esterno impediscono il riscaldamento eccessivo della massa in estate. In questo modo vi è assenza di irraggiamento diretto, non vi sono eccessive fluttuazioni di temperatura ed è un sistema molto conosciuto. Di contro servono due pareti a sud che richiedono alti costi e spazi ampi, servono spazi per pulire la vetrata e si potrebbe creare condensa.Il MURO AD ACQUA (indiretto) ha un'efficienza maggiore del trombe perchè l'acqua ha una capacità termica maggiore, e le correnti convettive all'interno la rendono un accumulo isotermo. Quindi la temperatura della superficie esterna è ridotta e sono minori le perdite di calore, ci sono bassi sbalzi di temperatura nel sistema ma possono nascere problemi di umidità se il contenitore non è sigillato bene.Nel TETTO AD ACQUA (indiretto), l'acqua deve toccare le strutture del soffitto così l'energia viene trasmessa per conduzione e riscalda l'ambiente per irraggiamento. Il sistema deve quindi coprire l'intero spazio, serve un sistema di isolamento, è anche un sistema di raffrescamento estivo, si può usare in regioni caldo-aride. L'isolamento copre l'accumulo d'acqua durante il giorno e l'acqua assorbe l'eccesso di calore proveniente dall'edificio poi, di notte, quando l'isolamento viene tolto, questo calore viene irraggiato verso il cielo notturno più freddo. Il clima interno diventa così stabile e uniformemente distribuito anche se così si possono

riscaldare edifici a un solo piano, la pesante massa d'acqua richiede altri requisiti, non si può usare ad alte latitudini se non con tetti inclinati. Il sistema permette di realizzare un microclima interno stabile ed uniformemente distribuitoSISTEMI A GUADAGNO ISOLATO:

Il sistema BARRA-COSTANTINI (isolato) è adatto per il Sud-Italia. La parete Sud dell'edificio contiene un collettore leggero, protetto da una superficie vetrata e isolato con uno strato coibentante.SERRA SOLARE (isolato)Una serra solare addossata, o aggiunta, consiste di uno spazio chiuso e vetrato disposto sul lato sud di un edificio. A seconda del clima e del tipo di utilizzo della serra solare, può esserci una parete di accumulo termico che separa la serra dall'edificio, o altri accumuli termici all'interno dello spazio solare: ciò serve per normalizzare la temperatura sia nella serra che nella casa. Normalmente la serra non

viene termoregolata, per cui non è necessario fornire calore ausiliario. In molti casi la serra è utilizzata per preriscaldare l'aria di rinnovo della casa. Per la raccolta dell'energia solare è possibile utilizzare la serra in due differenti modi. La serra può agire come uno spazio non riscaldato a guadagno diretto, in cui si possono introdurre delle masse, costituite da pareti in muratura e da pavimenti oppure acqua, e degli isolamenti mobili in modo che lo spazio possa essere visto come un'estensione economica della casa, da abitare il più a lungo possibile durante l'anno. Alternativamente è possibile utilizzare la serra come un collettore e in questo caso si dovrà insistere su superfici leggere per poter estrarre aria più calda da inviare ad un accumulo isolato, situato all'interno o sotto l'edificio da riscaldare. Dato che al suo interno le temperature variano molto non si può vivere in una serra o crescerci piante se non attraverso controlli delle radiazioni solari. Il sistema di distribuzione dell'energia raccolta in una serra solare dipende dal clima esterno, dall'uso dello spazio solare, come collettore o come sistema a guadagno diretto, e dal tipo di collegamento tra serra e spazio abitato. Degli schermi eviteranno il surriscaldamento e serve ventilazione per il controllo. Isolamenti mobili impedirebbero perdite di calore nelle notti invernali o durante le giornate coperte Un minimo di riscaldamento ausiliario deve essere previsto per evitare il pericolo del gelo, quando nella serra sono presenti piante ed acqua. Quindi il microclima interno di una casa viene considerevolmente migliorato con l'aggiunta di un "tampone termico" tra lo spazio abitato e l'aria esterna, la serra può servire anche per scopi non energetici(come spazio abitabile addizionale o come serra per piante), è facilmente adattabile agli edifici esistenti e si può combinare con altri sistemi passivi. Di contro si potrebbe incorrere in surriscaldamento in estate, ci possono essere forti variazioni di temperatura, il soffitto a vetri della serra può produrre il rapido raffreddamento notturno di qualsiasi massa termica, l'energia termica è fornita alla casa come aria calda quindi è più difficile accumulare calore dall'aria che non dalla radiazione solare diretta. L'aumento di umidità causato dalle piante cresciute nella serra può produrre condensa e condizioni disagevoli nella casa e se usate come estensione dello spazio abitato può essere utilizzata solo per un periodo limitato durante l'anno. Infine la serra può rappresentare un risparmio energetico relativamente modesto se confrontato ai suoi costi.

SISTEMI A COLLETTORE AD ARIA: l'aria, utilizzata nei sistemi solari come mezzo di trasporto del calore, offre un certo numero di vantaggi rispetto ai collettori che usano del liquido come fluido di scambio termico. Far circolare dell'aria, per convezione naturale o forzata, sopra o attraverso un assorbitore della radiazione solare coperto da una superficie vetrata Confrontato con un sistema di riscaldamento convenzionale: risponde più velocemente se combinato con un sistema di riscaldamento ad aria diretta; fornisce protezione dalle condizioni climatiche esterne ed è facilmente integrabile nelle strutture dell'edificio (tetto, pareti di facciata); funziona come un rivestimento caldo nei periodi di basso irraggiamento solare. Confrontato con i sistemi solari a liquido: facile da controllare; può essere integrato facilmente in sistemi di

ventilazione e di riscaldamento ad aria; non ha problemi di gelo e di corrosione. Tuttavia richiede maggiore energia elettrica per il funzionamento dei Ventilatori, non si combina facilmente con i sistemi di riscaldamento ad acqua e i canali dell'aria sono ingombranti.

TERMOSIFONE (isolato) Un collettore piano, di materiale leggero e protetto da una superficie vetrata, viene situato nella posizione più efficace ai fini del guadagno solare, ma comunque separato e sottostante l'accumulo termico. L'area di interfaccia tra collettore ed accumulo non è molto grande e quindi può essere facilmente chiusa per impedire flussi inversi dell'aria. L'interfaccia tra la massa dell'accumulo e l'edificio determinerà la velocità con cui l'ambiente può essere riscaldato per irraggiamento e Convezione. I collettori a termosifone possono essere separati dall'edificio per ottenere il massimo guadagno solare e possono essere facilmente integrati in edifici esistenti. Gli anelli convettivi costituiscono uno dei sistemi più economici per fornire calore solare. Il collettore è termicamente isolato dal resto dell'edificio, le perdite di calore di quest'ultimo sono minori rispetto agli altri sistemi passivi tuttavia è richiesta un accurata progettazione e costruzione per assicurar isolamenti e flussi dell'aria efficienti inoltre un sistema sovradimensionato può dar luogo a temperature troppo alte nei climi caldi, soprattutto quando si usa un accumulo isolato

SISTEMI DI RAFFRESCAMENTO PASSIVOIl raffrescamento non è un problema generalizzato in Europa, anche se nelle aree mediterranee le elevate temperature estive possono causare un disagio ambientale. Molte delle metodologie di raffrescamento passivo sono utilizzate nelle tecniche costruttive tradizionali locali. Come i sistemi di riscaldamento anche i sistemi di raffrescamento passivo possono essere classificati nei tipi diretto, indiretto e isolato e a seconda della possibilità di disperdere l'eccesso di calore nel cielo, nell'aria e nel terreno. • Irraggiamento verso il cielo notturno: come già descritto trattando dei tetti d'acqua, una massa termica sul tetto è esposta al cielo notturno e si raffredda per irraggiamento. Di giorno la massa fredda viene isolata sulla sua superficie esterna ed esposta all'ambiente interno per fornire un raffrescamento sia radiativi che convettivo.• Raffreddamento evaporativo: in un ambiente caldo-secco l'aggiunta di umidità all'aria diminuisce la sua temperatura di bulbo secco, migliorando così il grado di benessere. Ciò può essere ottenuto spruzzando acqua in una corrente d'aria o disponendo specchi d'acqua o fontane in un cortile interno.• Raffreddamento essiccativo: nei climi caldi-umidi l'utilizzo di sali che riducono l'umidità dell'aria può migliorare il grado di benessere.• Ventilazione Naturale: il sole può essere utilizzato per indurre movimenti dell'aria. La circolazione naturale dell’aria può avvenire per: -effetto vento -effetto camino, si può attivare una ventilazione naturale ed aumentare il grado di benessere.• Edificazione interrata: la temperatura quasi costante del terreno (circa 13°C, ma dipendente dalla latitudine del luogo) durante tutto l'anno, può essere utilizzata per ridurre le perdite di calore attraverso le pareti di un edificio.Si deve comunque fare attenzione ai problemi di umidità. • Ombreggiamento: veneziana, tenda esterna, frangisole, avvolgibile. Per evitare il surriscaldamento dell'ambiente da raffrescare è importante bloccare la radiazione solare prima che raggiunga l'edificio.• Riduzione degli apporti interni : evitando di tenere accese apparecchiature, se non quando strettamente necessario(consumi inutili); sfruttando al meglio l'illuminazione naturale, limitando l'utilizzo di lampade durante le ore più calde della giornata (illuminazione naturale e fibre ottiche) , sostituendo le lampade tradizionali ad incandescenza con lampade ad alta efficienza. In questo modo si potrà ridurre del 12% i carichi termici interni.

LA NORMATIVA DEL SETTORE ENERGETICOL’innovazione della legge 10/ 91 consiste nel considerare l’edificio come un sistema costituito da involucro edilizio e impianti L’Italia recepisce i contenuti della direttiva 2002/91/CE con la pubblicazione del DLgs192/2005. Il DPR 59/09 dà attuazione ad alcuni dei punti previsti dal DLgs 192/05. ANALISI DPR 59/09.Ambiti d’intervento e finalità

Il decreto ha la finalità di promuovere un’applicazione “omogenea, coordinata e immediatamente operativa” delle norme per l’efficienza energetica sul territorio nazionale. E definisce le metodologie, i criteri e i requisiti minimi di edifici e impianti relativamente alla:- climatizzazione invernale - preparazione di acqua calda per usi sanitari - climatizzazione estiva - illuminazione artificiale di edifici del terziarioImpianti centralizzati (Art. 4 comma 9)Il DPR 59/09 sostiene che “è preferibile i l mantenimento di impianti termici centralizzatiladdove esistenti” nel caso di:- edifici esistenti con un numero di unità abitative superiore a 4- edifici appartenenti alle categorie E1 ed E2 CATEGORIE EDIFICI (DPR 412/93)

Le verifiche che gli edifici di nuova costruzione o gli interventi su edifici esistenti devonorispettare sono vincolate al tipo di utenza così come definita dal DPR 412/93:E. 1 (1) EDIFICI RESIDENZIALI con occupazione continuativaE. 1 (2) EDIFICI RESIDENZIALI con occupazione saltuariaE. 1 (3) EDIFICI ADIBITI ad ALBERGO, PENSIONE ed attività similariE. 2 EDIFICI per UFFICI e assimilabiliE. 3 OSPEDALI, CASE di CURA, e CLINICHEE. 4 EDIFICI adibiti ad attività RICREATIVE, associative o di culto e assimilabiliE. 5 EDIFICI adibiti ad attività COMMERCIALIE. 6 EDIFICI adibiti ad attività SPORTIVEE. 7 EDIFICI adibiti ad attività SCOLASTICHEE. 8 EDIFICI INDUSTRIALI E ARTIGIANALI riscaldati per il comfort degli occupanti

Verifiche da rispettarePer capire quali indicazioni e limiti di legge si devono rispettare viene proposta la seguente procedura basata su 3 semplici passaggi (I, II e III):I- Si determina la categoria d’applicazione del decreto nella quale si ricade a seconda del tipo di intervento;II- Si ricava l’elenco completo delle prescrizioni da rispettare dallo “Schema delle verifiche” incrociando la categoria d’intervento e la categoria dell’edificio in esame (E1, E2, ecc.,);III- Si prende atto del contenuto delle prescrizioni da rispettare consultando la tabella “Elenco delle verifiche”

REQUISITI ENERGETICI DEGLI EDIFICIIndice di prestazione energetica Rapporto di forma dell’edificio S/V, dove: S è la superficie (m2 ) che delimita verso l'esterno (ovvero verso ambienti non dotati di impianto di riscaldamento) il volume riscaldato V; V è il volume lordo (m3 ) delle parti di edificio riscaldate, definito dalle superfici che lo delimitano. Esprime la compattezza del fabbricato.CERTIFICAZIONE ENERGETICACertificazione energetica dell’edificio: È il complesso delle operazioni svolte dai soggetti di cui all’Art.4 (ovvero i certificatori accreditati secondo quanto previsto nei decreti attuativi) per il rilascio della certificazione energetica e delle raccomandazioni per il miglioramento della prestazione energetica dell’edificio.ACE, Attestato di certificazione energetica: È il documento redatto nel rispetto delle norme contenute nel presente decreto, attestante la prestazione energetica ed eventualmente alcuniparametri energetici caratteristici dell'edificio.PROGETTAZIONE TUBAZIONI Le perdite delle tubazioni devono essere vinte dal fluido che le attraversa, per le precise condizioni con le quali questo scorre (per velocità e pressione). La pressione dell’acqua nelle tubazioni stradali talvolta non è sufficiente a far uscire dai rubinetti un getto, queste tubazioni si chiamano a CIRCUITO APERTO. Per quanto riguarda gli impianti ad acqua, esistono poi i CIRCUITI CHIUSI dove all’interno dello stesso circuito scorre sempre la stessa acqua. Fissata una portata v (0.1m 3 /s) conoscendo la velocità w (4m/s) si è in grado di calcolare la sezione di una tubazione.

Le perdite possono essere di due tipi: concentrate in un punto e causate da irregolarità geometriche poste lungo il condotto. Se c’è una deviazione del

condotto il fluido ha una resistenza, un altro impedimento può essere il restringimento del condotto e tutte le variazioni geometriche a questo associate. Anche la presenza di un numero elevato di ranghi provoca un impedimento nello scorrimento del fluido.

distribuite lungo tutto il condotto, dovute alla scabrezza della condotta e alla viscosità del fluido. La prima è legata alla rugosità del tubo, la seconda è una caratteristica intrinseca del fluido. Le forze viscose sono forze di taglio che quando superano un certo valore determinano il passaggio da moto laminare a moto turbolento.

PERDITE DI CARICO TOTALI = perdite di carico distribuite + perdite di carico concentrate.DIAMETRO EQUIVALENTE: D eq = 4 A/perimetro bagnato A: area della sezione del condotto; perimetro bagnato: perimetro che il liquido tocca all’interno del condotto. Nella maggior parte dei casi coincide con tutto il perimetro del condotto poiché si tratta di canali nei quali scorre aria e acqua.LUNGHEZZA EQUIVALENTE Si sostituisce alla perdita di carico concentrata, la perdita che avrebbe una tubazione rettilinea simile.PERDITE DISTRIBUITEEquazione di Darcy-Weisbach : Δp/ ρ= ζ · L/D · W2/2Δp: differenza di pressione in corrispondenza delle sezioni specifiche (in Pascal), L: lunghezza condotto, ρ:densità del fluido, w:velocità del fluido ζ :fattore di attrito. Il fattore di attrito ζ dipende dal tipo di rugosità delle superfici dei condotti, dipende da due parametri legati alla viscosità e scabrezza relativa del condotto: Re=ρwD/μ ( μ=viscosità dinamica ); ε/D (ε =valore medio della rugosità). Per conoscere il valore del fattore si utilizza il diagramma di Moody. In regime laminare la scabrezza de condotto non influisce poiché la velocità di attraversamento del fluido è molto bassa.PERDITE CONCENTRATESono dovute essenzialmente ad irregolarità geometriche oppure ad ostacoli presenti nel condotto dove scorre il fluidoΔp/ ρ= β · W2/2Δp: differenza di pressione in corrispondenza delle sezioni specifiche (in Pascal), ρ:densità del fluido, w:velocità del fluido β: coefficiente di perdita concentrata dipendente dal tipo di ostacolo nel condotto o del tipo di ostacolo nel condotto o del tipo di variazione geometrica della tubazione.POMPE

1-Determinazione mediante l’utilizzo dell’equazione di Bernoulli

della variazione di pressione su tutto il circuito che, in quanto dipendente dalle perdite di carico, è solitamente in funzione della portata o della velocità (grafico approssimativamente parabolico).

Grafico prevalenza/portata di una pompa Andamento della pressione in funzione della velocità2-Scelta di una pompa, la cui prevalenza alla portata specificata “copra” le perdite di carico del circuito, e che al contempo funzioni con un buon rendimentoRENDIMENTO DI UNA POMPA : η = Pfluido / P motore

P motore : potenza utilizzata dalla pompa , P fluido: potenza da fornire al fluido per vincere le perdite di carico Pfluido = Δp/ ρ · M Dimensionamento di una pompa Tipi di pompe: Centrifuga, caratterizzata da una prevalenza pressoché omogenea, ma relativamente bassa, a media portata; impiegata

per differenze di livello da 100m a 60m Volumetrica, contraddistinta da elevata prevalenza (per salti di oltre 100m) ma bassa portata a causa delle maggiori

perdite nei meccanismi meccanici di compressione Assiale, utilizzate per smaltire ingenti portate a bassa prevalenza ,di solito utilizzata per impianti di bonifica, irrigazione,

con dislivelli tra 1m e 10m

Diagramma di funzionamento di una pompa assialeDiagramma di funzionamento di una pompa centrifuga

LA TEORIA DI FANGER SUL BENESSERE TERMOIGROMETRICOLa condizione di benessere termoigrometrico viene definita come quello stato psicofisico in cui il soggetto esprime soddisfazione nei riguardi del microclima, oppure, come la condizione in cui il soggetto non ha né sensazione di caldo né la sensazione di freddo e cioè una condizione termoigrometricamente neutra. La sensazione termica di un individuo dipende da sei grandezze e più precisamente da 4 parametri microclimatici: temperatura dell’aria; velocità dell’aria; umidità relativa; temperatura media radiante e da due grandezze individuali: l’energia metabolica (che è in funzione quasi unicamente dell’attività svolta); l’abbigliamento indossato. La norma internazionale ISO 7730 presenta una metodologia per prevedere la sensazione termica di comfort o discomfort delle persone esposte in un ambiente moderato, ovvero di specificare le condizioni microclimatiche atte a garantire un benessere termico. Si fa riferimento, pertanto, alla sensazione termica di persone, uomini e donne sani ed esposti in ambienti chiusi termicamente moderati. Nel 1970 Fanger (ricercatore danese) introdusse l’indice PMV (voto previsto medio); gli indici esprimono la risposta media di un gran numero di soggetti e possono essere di sensazione e di temperatura. Il PMV è un indice di sensazione che si basa sul giudizio che un soggetto darebbe del microclima su una scala di voti. Oggi la scala di voti più diffusa è quella a sette valori:+3 molto caldo +2caldo +1leggermente caldo 0neutro -1leggermente freddo -2freddo -3molto freddoIl merito di Fanger è di essere riuscito a trovare una relazione (algoritmo matematico) tale da poter calcolare il PMV noti altri valori facilmente ricavabili o misurabili. L’indice PMV può essere determinato quando vengono stimati l’attività (tasso metabolico) e l’abbigliamento (resistenza termica) e misurati i seguenti parametri ambientali: temperatura dell’aria, temperatura media radiante, velocità relativa dell’aria e pressione parziale del vapor d’acqua. Fanger scoprì tale relazione analizzando le esperienze condotte su un campione di circa 1300 individui, per lo più studenti, esperienze che assicurano la validità del metodo.

BENESSERE TERMOIGROMETRICO: sensazione psicofisica per la quale un individuo esprime gradimento per le condizioni microclimatiche presenti in ambiente.SENSORI ENDOPERCETTIVI: percepiscono il mondo interno.

- CENESTETICI: danno informazioni rispetto allo stato interno e hanno influenza diretta sulla percezione.- CINESTETICI: danno informazioni rispetto alla posizione di equilibrio del nostro corpo e hanno influenza sulla stabilità

dei movimenti (senso dell’equilibrio)SENSORI EXTRAPERCETTIVI: percepiscono il mondo esterno.

- VISTA: è il più astratto e cerebrale dei recettori con capacità di percepire i dettagli e con un campo di percezione molto direzionale.

- UDITO: senso più istintivo e multidirezionale.- OLFATTO E GUSTO: sensi molto legati l’uno con l’altro, con un campo di percezione generale e poco controllato il

primo, senza estensione spaziale il secondo.- TATTO: è il meno astratto dei sensi, con un campo limitato a dove arriva il corpo umano; offre il massimo della

sicurezza nel dominio dell’intorno.- SENSO ALGICO: è quello che produce sensazione di dolore e protegge dall’aggressività dell’ambiente circostante. Il

suo campo è simile a quello del tatto, con sensibilità che varia nelle diverse parti del corpo.- SENSO CRIOSTESICO: senso termico che aiuta a regolare la temperatura e che viene generalmente associato al tatto.

Può percepire alcune caratteristiche dello spazio architettonico per effetto della radiazione e del tatto.PARAMETRI SIGNIFICATIVI DEL BENESSERE AMBIENTALEDEFINIZIONE DI BENESSERE AMBIENTALE: soddisfazione per le condizioni dell’ambiente per cui si prova una sensazione di neutralità termica nel suo insieme, tanto da non desiderare di avere né più caldo né più freddo.IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO:

- Parametri legati al soggetto: M, Icio

- Parametri ambientali: ta, Φ, tmr, Va

- Parametri fisiologici: tsk, Esw

IL BENESSERE VISIVO: - Livello di illuminamento- Distribuzione delle luminanze- Fattore di luce diurna

IL BENESSERE ACUSTICO: - Livello sonoro adeguatamente ridotto- Assenza di caratteristiche tonali percepibili- Assenza di brusche variazioni ritmiche o soprattutto casuali del livello sonoro per chi ascolta

QUALITÀ DELL’ARIA:- Carico di inquinamento- Efficienza della ventilazione- Determinazione della portata d’aria nell’ambiente, necessaria per il benessere

DEFINIZIONE DI BILANCIO ENERGETICO: la quantità di energia in ingresso ed in uscita è pari alla variazione di energia interna. Il corpo umano può essere considerato come un sistema termodinamico sul quale è possibile fare un bilancio di energia:

S = M -L - EK - Econv - Eirr - Eres - Ediff - Esw

S: Potenza termica accumulata o persa spec.M = potenza sviluppata per attività metabolica (W); L = potenza meccanica dissipata per attività lavorativa (W); EK = potenza termica scambiata per conduzione (W);Econv = potenza termica scambiata per convezione (W); Eirr = potenza termica scambiata per irraggiamento (W); Eres= potenza termica scambiata per convezione nella respirazione (W);Ediff= potenza termica per evaporazione nella diffusione (W);Esw = potenza termica per evaporazione nella traspirazione (W); L’organismo tende a permanere in condizioni di equilibrio omeotermo (S = 0), ossia quando la potenza ceduta all’ambiente è uguale alla potenza generata dai processi metabolici, e la temperatura interna si mantiene stabile su valori ottimali.S=0 (condizioni di neutralità termica)S>0 (caldo, condizioni di ipertermia: aumento di quantità di energia)S<0 (freddo, condizioni di ipotermia: riduzione di quantità di energia)

RELAZIONE DI DU BOISAsk= 0,202m0.425h0.725

Ask = superficie della pelle (m2);m = massa del soggetto (kg);h = statura del soggetto (m).Il valore ottenuto con la relazione di Du Bois deve essere moltiplicato per un fattore fcl definito come il rapporto tra la superficie di corpo coperta dagli abiti e la superficie nuda per tener conto della reale superficie di scambio termico di un la superficie nuda, per tener conto della reale superficie di scambio termico di un soggetto vestito.Il nostro corpo ha una serie di regolatori, presenti nell’ipotalamo, che cercano di portare a 0 la quantità di energia interna. La pelle presenta queste proprietà cosicché, in caso di ipertermia, i pori della pelle si dilatino per smaltire maggior calore (vasodilatazione), e in caso di ipotermia, avvenga la vasocostrizione, cioè una chiusura dei vasi sanguigni per evitare cessione di calore. Esse sono le reazioni vasomotorie, cioè meccanismi di termoregolazione. Le reazioni comportamentali, cioè gli effetti, sono: sudorazione, in ambienti caldi, e brividi, in ambienti freddi.METABOLISMO ENERGETICO: l’organismo necessita di 3000 kcal al giorno (circa 13000 KJ). Se mangiamo tanto il corpo trasforma l’energia in eccesso in riserva (grassi) (ingrassamentoobesità), se mangiamo poco il corpo prende l’energia dal nostro corpo “distruggendolo” (dimagrimentoanoressia).MET: unità di misura del metabolismo.

ATTIVITÀ W/m2 METdisteso 46 0,8seduto, rilassato 58 1in piedi 93 1,6lavoro pesante a macchina 165 2,8

W: potenza meccanica del lavoro. η= W/M η è il rendimento. Esso è variabile tra 0 e 0,20: su 100 valori di energia assunta, solo venti possono essere trasformati in lavoro meccanico, dunque il rendimento è molto basso. Il restante 80% viene smaltito dal nostro corpo nelle varie forme di scambio termico.(M - L)= M (1 - η) S = M (1 - η) - EK - Econv - Eirr - Eres - Ediff - Esw

Per quanto riguarda il meccanismo sensibile risulta fondamentale valutare l’influenza del vestiario, la cui capacità isolante viene normalmente espressa con un’apposita unità incoerente, il clo. Il meccanismo latente invece opera per evaporazione del sudore, per traspirazione, attraverso i pori dell’epidermide, e nel processo di respirazione.FORME DI CALORE SENSIBILEPOTENZA TERMICA SCAMBIATA PER CONDUZIONE Il calore trasmesso per conduzione è direttamente proporzionale all’area o superficie di contatto (relazione di Furier).Specialmente quando si sta in piedi questo valore sarà pressoché trascurabile.POTENZA TERMICA SCAMBIATA PER CONVEZIONEC= fcl hc Acl (tcl - ta) dove:hc = coefficiente di scambio termico convettivo [W/(m2K]Acl = area della superficie del corpo umano vestito [m2]tcl = temperatura media della superficie esterna del corpo umano vestito [K] o, indifferentemente [°C]ta = temperatura dell’aria ambiente [K] o, indifferentemente, [°C]

fcl = coefficiente di area dell’abbigliamento = Acl/Ab [rapporto tra l’area della superficie del corpo umano vestito (Acl) e l’area della superficie del corpo umano nudo (Ab)]POTENZA TERMICA SCAMBIATA PER IRRAGGIAMENTOR= Aeff εσ (tcl

4 - tmr4)

dove:ε = emissività del corpo umano ~ 0,95σ = costante di Stefan-Boltzmann = 5,67 10-8 [W/(m2K4]tmr = temperatura media radiante, ovvero temperatura di un ambiente fittizio termicamente uniforme chescambierebbe con il corpo umano la stessa potenza termica radiante scambiata nell’ambiente reale. Si puòmisurare ad es. con il globotermometro. Per la sua misura o il suo calcolo vedi norma UNI-EN 27726.Aeff = area efficace del corpo umano per l’irraggiamento. Aeff = fcl Ab feff

feff = coefficiente di area efficace = Aeff/Acl.POTENZA TERMICA SCAMBIATA PER CONVEZIONE E IRRAGGIAMENTOC + R= fcl hcomb Acl (tcl - top) dove:hcomb= valore combinato di convezione e irraggiamento = hconv + hirr

top= temperatura operativa, o operante, che tiene conto anche delle differenti temperature degli oggetti irraggianti sull’individuo. Rappresenta la media pesata di tmr (temperatura media-radiante) e ta (temperatura ambiente) con hr (coefficiente di scambio termico radiativo) e hc (coefficiente di scambio termico convettivo). Negli ambienti termicamente moderati |tr - ta|< 4°C o quando var (velocità dell’aria relativa al soggetto) è minore di 0,2 m/s si può assumere to= (tr - ta)/2 (media aritmetica). Se è richiesta una maggiore precisione top può essere calcolato con la seguente espressione: to = A ta + (1 - A) tr (°C), dove: A= 0,5 per var < 0,2 m/s ; A= 0,6 per 0,2 ≤ var < 0,6 m/s ; A= 0,7 per 0,6 ≤ var ≤ 1 m/s.FORME DI CALORE LATENTEPOTENZA TERMICA SCAMBIATA PER DIFFUSIONELa diffusione di vapore acqueo attraverso la pelle è un fenomeno indipendente dal sistema di termoregolazione. Legge di Fick:Ediff= Γ Ab μ (Psk - Φ ⋅ Pa)dove: Γ = calore latente di vaporizzazione dell’acqua alla temperatura della pelle [J/kg]μ = permeabilità della pelle alla diffusione del vapore d’acqua [kg/(s m2 Pa)]Psk = tensione di vapore (pressione di saturazione) dell’acqua alla temperatura della pelle [Pa]Ф = grado igrometrico (umidità relativa) dell’aria ambiente [adimensionale]Pa = tensione di vapore (pressione di saturazione) dell’acqua alla temperatura dell’aria ambiente [Pa]In un ambiente caldo umido è più difficile smaltire acqua sotto forma di vapore, motivo per cui negli ambienti umidi si soffre di più il caldo, perché il sudore non evaporando non smaltisce energia. Quindi, la potenza termica dispersa dal corpo umano per diffusione dipende dalle seguenti variabili: grado igrometrico (umidità relativa) dell’aria, temperatura dell’aria ambiente, temperatura media della pelle.POTENZA TERMICA SCAMBIATA PER SUDORAZIONELa sudorazione consiste in varie fasi:- produzione di sudore (prevalentemente soluzione acquosa di cloruro di sodio) da parte delle ghiandole sudoripare (sotto il controllo dell’ipotalamo)- il sudore arriva sulla superficie esterna della pelle attraverso appositi condotti- il sudore forma un film sottile sulla pelle- il sudore evapora assorbendo calore latente di vaporizzazione.La quantità di sudore evaporata e quindi la potenza termica Esw dipendono da:• temperatura della pelle• temperatura dell’aria• velocità relativa soggetto-aria• grado igrometrico (umidità relativa) dell’aria• permeabilità al vapore dell’abbigliamento• percentuale di pelle bagnata dal sudorePOTENZA TERMICA SCAMBIATA PER RESPIRAZIONEL’energia sotto forma di respirazione avrà una componente di calore sensibile ed una di calore latente. La componente sensibile scambiata attraverso la respirazione sarà data da:Esens−resp= m resp ⋅ Cp,aria (tresp − ta)La potenza termica latente associata alla respirazione è invece data da:Elat−resp= m resp ⋅ Γ (xresp − xa)Gran parte dell’energia scambiata dal nostro corpo sarà scambiata attraverso energia termica per convezione, irraggiamento e sudorazione.

L’EQUAZIONE DEL COMFORT TERMO-IGROMETRICOGRANDEZZE FONDAMENTALIDall’equazione di bilancio è possibile dimostrare che, esplicitando tutti i termini del bilancio, l’equazione di benessere è una funzione di: S = f (M, Icl, ta, tmr, va , U.R.)I parametri che, influenzando gli scambi termici tra individuo e ambiente, determinano le condizioni di benessere, sono quindi 4 parametri ambientali:- la temperatura dell'aria ambiente, che influenza gli scambi termici convettivi; - la temperatura media radiante, che influenza gli scambi termici radiativi; - la velocità relativa dell'aria, che influenza gli scambio termici convettivi; - l'umidità relativa dell'aria, che influenza lo scambio evaporativo dal corpo. E 2 parametri individuali:- il dispendio metabolico M (correlato all’attività svolta)- la resistenza termica conduttiva ed evaporativa del vestiario [potenza termica scambiata per conduzione K: 1 clo = 0.155 (m2°C)/W; dove “clo” è l’unità di misura della resistenza termica dell’abbigliamento. Ogni indumento ha un proprio valore di resistenza (mutanda= 0,06 clo, camicia= 0,25 clo, pantaloni= 0,25 clo, maglione= 0,28 clo, calze= 0,05 clo), perciò Icl = Σ resistenza dei singoli capi].EQUILIBRIO TERMICOLa condizione di comfort termico (o benessere termico) è lo stato psicofisico in cui il soggetto esprime soddisfazione nei riguardi del microclima; oppure la condizione in cui il soggetto non ha sensazione né di caldo né di freddo, condizione che viene detta di neutralità termica. Condizione necessaria per il benessere termoigrometrico è:f(M, Icl, ta, va, Ф, tmr, tsk, Esw) = 02 variabili legate al soggetto (attività ed abbigliamento)4 variabili ambientali (temperatura, velocità ed umidità dell’aria, temperatura media radiante)2 variabili fisiologiche (temperatura della pelle, potenza termica dispersa per sudorazione)La variazione di metabolismo avviene nell’intervallo di valori legati alla temperatura della pelle ed energia persa per sudorazione.INDICI DI COMFORT TERMOIGROMETRICOE’ evidente che la definizione di stato di Comfort è associata a valutazioni di carattere soggettivo per cui, qualora si volessero definire dei parametri progettuali in grado di indicare o meno il raggiungimento del Comfort, essi dovrebbero essere legati a valutazioni statistiche fatte su un campione significativo di soggetti. Oltre a ciò gli stessi parametri non potranno essere però svincolati dalle grandezze termofisiche fin qui introdotte (temperatura di bulbo secco, temperatura di bulbo umido, temperatura media radiante, umidità, velocità dell’aria); ciò fa si che non vi sia un metodo univoco di valutazione ma, nel corso degli anni, sono state introdotti tre standard di valutazione.

Standard/Anno Indici di Benessere Globale1923 Indice ET/CET (Effective Temperature, Corrected ET)

ANSI-ASHRAE 55-92 Zone di benessere su diagramma psicrometricoUNI-EN-ISO 7730 1995 Indici PMV e PPD

INDICI DI VALUTAZIONE PMV E PPD (UNI-EN-ISO 7730)Indice di sensazione determinato dalla votazione che un individuo darebbe al microclima sulla base di una scala di valori.Il comfort globale viene valutato attraverso il calcolo di 2 indici proposti da Fanger (1970):Il PPD (Predicted percentage of dissatisfieds) rappresenta la percentuale prevedibile (e quindi predetta dalla equazioni) di persone non soddisfatte, che cioè denunciano di non trovarsi in condizioni di comfort (sentono caldo o freddo).Il PMV (Predicted mean vote, voto medio predetto),rappresenta, in una scala tra –3 e +3, il giudizio che una persona può dare alla sensazione di caldo e freddo, e precisamente: +3 molto caldo, +2 caldo, +1 leggermente caldo, 0 neutralità termica, -1 leggermente freddo, -2 freddo, -3 molto freddo. E’ un indice basato sull’equilibrio tra il calore prodotto all’interno del corpo e quello dissipato dal corpo stesso. Le due grandezze non sono indipendenti, ma sono legate dalla relazione:PPD= 100 - [95⋅e - (0,0033 PMV^4 + 0,217 PMV^2)]Da essa si nota che anche se le condizioni di comfort dell’ambiente sono perfettamente rispettate, e quindi in condizioni di PMV=0 (cosa che si verifica se l’equazione di Fanger è soddisfatta), vi è sempre un determinato numero di persone, circa il 5%, che si dichiarerà insoddisfatto, cioè che dichiara di avvertire caldo o freddo.

L’indice PMV risulta affidabile nell’intervallo: −2 ≤ PMV ≤ +2, e solo quando i sei parametri principali sono compresi nei seguenti intervalli:

PARAMETRO INTERVALLOMetabolismo M 46 W/m2 < M < 232 W/m2

Isolamento termico abbigliamento Icl 0 < Icl < 0.31m2 K/W (0 - 2clo)Temperatura dell’aria ta 10°C < ta < 30°CTemperatura media radiante tmr 10°C < tr < 40°CVelocità relativa dell’aria var 0 < var < 1 m/sPressione parziale di vapore acqueo pa 0 < pa < 2700Pa

DISCOMFORT TERMICO PMV e PPD sono parametri che non escludono condizioni di disagio localizzato. Il discomfort locale è il disagio termico di un soggetto che deriva da un riscaldamento o raffreddamento in una particolare area del corpo. In generale sono considerate cause di discomfort locale:- le correnti d’aria- le elevate disuniformità di temperatura verticali o orizzontali- le asimmetrie della temperatura media radiantePer evitare queste fonti di discomfort la norma UNIEN-ISO 7730 fornisce alcune raccomandazioni:- asimmetria della Tmr pari a 5°C nel caso di asimmetria verticale (soffitto caldo/freddo) e pari a 10°C nel caso di asimmetria orizzontale (superfici verticali fredde/calde come radiatori o finestre) per rendere il più possibile uniforme lo scambio termico radiante del corpo umano (particolarmente importante nel caso di grandi superfici radianti). L’asimmetria radiante genera maggiore discomfort se è verticale con T crescente dal basso verso l’alto (non crea problemi una diminuzione di temperatura con la quota);- differenza di temperatura dell’aria tra le quote 1,1m (o 1,7 m) e 0,1m dal pavimento (livello testa/ addome e caviglie) minore di 3°C, per prevenire il raffreddamento o riscaldamento localizzato del corpo;- temperatura del pavimento compresa tra 19°C e 26°C anche se nel caso di impianti radianti a pavimento è ammessa una temperatura del pavimento di 29°C. Mantenere questi range di temperatura mette al sicuro sia da possibili fenomeni di condensa superficiale che da problemi fisici connessi all’eccessivo riscaldamento di gambe e piedi;- velocità media dell’aria (va < 0,15 m/s in inverno; va > 0,25 m/s in estate) in funzione dell’intensità di turbolenza al fine di prevenire il disagio da correnti d’aria dovuto non solo alla velocità dell’aria in ambiente ma anche al livello di turbolenza. RIFERIMENTI NORMATIVILa normativa del settore è divisa in relazione alla tipologia di ambiente per il quale si effettua lo studio del benessere termoigrometrico. Gli ambienti termici vengono convenzionalmente distinti in: moderati (in cui l’obiettivo è il raggiungimento del benessere termoigrometrico) e severi caldi o freddi (in cui l’obiettivo è la sicurezza e la riduzione dello stress termico).APPROCCIO TRADIZIONALE: studio basato sull’applicazione di una normativa consolidata da un’esperienza decennale di utilizzazione in campo (norma ISO 7730, in versione italiana UNI- EN 27730), mediante la determinazione degli indici PPD e PMV e specifica delle condizioni di benessere termico. Ci riferiremo ad esso.APPROCCIO INNOVATIVO: basato su un approccio percettivo e quindi soggettivo (norma ISO 10551).PROCEDURE OPERATIVE: - rilevazione delle grandezze caratterizzanti l’ambiente con centralina microclimatica di tipo mobile, dotata di sensori conformi alla norma ISO 7726. Caratterizzazione dell’ambiente per vedere se si è in condizioni di benessere termoigrometrico, misurazione dell’ambiente e dei suoi parametri (le 4 grandezze fondamentali). Con questi ultimi valori è possibile ricavare il PMV e di conseguenza il PPD.- distribuzione agli occupanti l’ambiente di un questionario: il questionario consiste nella traduzione italiana recepita dalla ISO 10551, che è basata su 5 scale (scala di sensazione termica, scala di comfort termico, scala di preferenza termica, scala di accettabilità dell’ambiente termico, scala di tolleranza dell’ambiente termico)STRUMENTI DI MISURAZIONEGli strumenti utilizzati per la misura sono di diverso tipo, e vanno dai più semplici come i normali termometri a strumenti molto più complicati come, ad esempio, il BABUC (nome commerciale di un apparecchio di produzione LSI). Si tratta, in generale, di sonde di vario tipo per misurare le 4 grandezze fondamentali. Sono poggiate su di un trespolo e sono collegate ad una centralina che rileva tutti i valori.- Anemometro a filo caldo: con questo strumento viene misurata la velocità dell’aria. E’ costituito da un filo di platino mantenuto ad una temperatura superiore a quella ambientale, per effetto Joule, da una corrente elettrica che lo attraversa. Esistono anche anemometri “a sfera calda”.- Psicrometro: la sonda psicrometrica è costituita da due sensori di temperatura: il primo è un termometro a bulbo asciutto che misura la temperatura secca dell’aria (Ta), il secondo un termometro rivestito di una guaina idrofila, con l’opposta estremità immersa in una vaschetta d’acqua distillata, che misura la temperatura a bulbo umido a ventilazioneforzata (Tw).

- Globotermometro: è costituito da un globo metallico cavo, nero, al centro del quale è montato un sensore termometrico (una termoresistenza standardizzata al platino tipo Pt 100). L a sonda risponde alle raccomandazioni UNI EN 27726. La temperatura rilevata consente di calcolare la temperatura media radiante.

AMBIENTI TERMICIUn ambiente viene definito:- omogeneo, se le diverse grandezze, in un certo istante, sono uniformi all’intorno dell’individuo;- eterogeneo, se le diverse grandezze, in uno stesso istante, non sono uniformi nell’ambiente circostante;- stazionario, se le caratteristiche meccaniche e termofisiche sono costanti nel tempo ed in ogni punto del sistema.AMBIENTI MODERATI (abitazioni e uffici) : ambienti che impongono un “moderato” grado di intervento al sistema. - condizioni ambientali piuttosto omogenee - assenza di scambi termici localizzati tra soggetto e ambiente (discomfort termico localizzato) - attività fisica modesta - uniformità del vestiarioAMBIENTI SEVERI (fabbriche): sono quegli ambienti in cui non potendosi raggiungere le condizioni di comfort, è necessario preoccuparsi della salvaguarda della salute degli occupanti. Si distinguono in ambienti severi caldi ed ambienti severi freddi. Normalmente per valutare se l’ambiente in esame è termicamente severo, si utilizza l’indice PMV (UNI, 1997): se si verifica PMV>1 si considera l’ambiente come severo caldo; se si verifica PMV<1 l’ambiente è da considerarsi severo freddo.AMBIENTI SEVERI CALDI (norma UNI EN ISO 7243): gli ambienti severi sono quelli in cui è richiesto un notevole intervento del sistema di termoregolazione dell’organismo al fine di diminuire l’accumulo di energia termica nel corpo. In particolare, gli ambienti severi caldi sono caratterizzati da:- valori di to ed umidità elevati (anche in relazione all’attività svolta, M, del vestiario Icl)- condizioni termoigrometriche disomogenee e instabili- disuniformità dell’attività svolta e del vestiario dei vari soggetti operanti negli ambientiLa valutazione degli ambienti severi caldi viene fatta in termini di stress termico cui è soggetto il lavoratore, derivante da produzione di calore metabolico, da fattori ambientali e dal vestiario. L’indice di stress termico comunemente utilizzato è il WBGT (Wet Bulbe Globe Termometer), definito dalla norma ISO 7243, che è calcolato come: WBGT= 0,7tnw + 0,3tg (nel caso di ambienti confinati)WBGT = 0,7 tnw+ 0,2 tg+ 0,1 ta (per l’ambiente esterno)dove:- tnw è la temperatura di bulbo umido naturalmente ventilato (connessa all’umidità dell’aria),- tg è la temperatura del globotermometro(connessa all’esposizione diretta alla radiazione termica)- ta è la temperatura dell’aria.In caso di ambienti severi la prerogativa non è più il comfort termoigrometrico, ma la salute dell’individuo.stata provata sperimentalmente solo in modo parziale.Esistono altri indici quali l’HSI (Heat Stress Index), indice di stress termico per ambienti caldi, che deriva dalla equazione del bilancio termico per un uomo al lavoro: Ereq= R + C + MIn tale equazione, dove Ereq rappresenta il valore di potenza termica ceduta per sudorazione necessaria affinché il bilancio termico sia in equilibrio, sono espressi in termini matematici i contributi calorici radianti (R), convettivi (C) e il dispendio energetico connesso alla mansione (M). La somma di tali contributi esprime l’energia da disperdere nell’ambiente da parte del lavoratore, mediante il meccanismo della sudorazione.AMBIENTI SEVERI FREDDI (norma UNI EN ISO 11079): sono quegli ambienti nei quali è richiesto un notevole intervento del sistema di termoregolazione dell’organismo (attraverso i meccanismi vasomotori e successivamente quelli comportamentali) al fine di limitare la diminuzione della temperatura del corpo con particolare riferimento al nucleo.In particolare, gli ambienti severi freddi sono caratterizzati da:- valori di top bassi (0 ÷10 °C per ambienti moderatamente freddi e inferiori a 0 °C per ambienti severi freddi)- condizioni termoigrometriche moderatamente variabili nello spazio e nel tempo- attività fisica e tipologia del vestiario uniformiAl contrario degli ambienti caldi è possibile negli ambienti freddi contrastare lo scambio termico con un isolamento del vestiario e DPI con le seguenti limitazioni:- un isolamento troppo spinto può limitare l’operatore nel movimento - un eccessivo isolamento termico può impedire la traspirazione determinando un accumulo di sudore- ad una situazione termica neutra complessiva dell’organismo può associarsi un raffreddamento eccessivo di alcuni distretti (mani, piedi, viso)• L’indice IREQ può essere utilizzato come una misura dello stress termico in ambienti freddi, da raffreddamento complessivo, che integra gli effetti della temperatura dell’aria, della temperatura media radiante, dell’umidità, della velocità dell’aria.

• L’indice utilizzato per la valutazione dello stress termico, da raffreddamento locale, è il WCI (Wind Chill Index)che esprime l’entità della potenza termica per unità di superficie perduta dall’organismo in funzione della temperatura e della velocità del vento.

QUALITÀ DELL’ARIAPer ambienti ad uso prevalentemente residenziale, la qualità dell’aria interna è considerata accettabile quando in essa non sono presenti inquinanti in concentrazioni dannose, secondo quanto stabilito dalle autorità competenti e quando una notevole percentuale di persone (≥80%) non esprime insoddisfazione verso di essa.In generale, l’aria deve essere percepita fresca e confortevole dagli occupanti, in modo da rendere minima la percentuale di insoddisfatti, e soprattutto devono essere trascurabili i rischi per la salute che derivano dalla sua respirazione (implicazioni di carattere soggettivo).Requisiti fondamentali:- l’aria respirata comporti rischi trascurabili per la salute- l’aria respirata venga percepita come fresca e piacevole e non come viziata, satura e irritanteCAUSE DI INQUINAMENTO:- inquinamento di origine esterna (fonti di inquinamento civili e industriali, traffico veicolare, impianti di riscaldamento, attività produttive)- inquinamento di origine interna (presenza di persone, respirazione, sudorazione, rilascio di particelle volatili)- inquinamento prodotto dalle attività umane- inquinamento prodotto dall’ambiente fisico interno- inquinamento prodotto dai sistemi impiantistici

Livello attività fisica Metabolismo (W) Consumo di ossigeno (l/h) Produzione di CO2 (l/h) Tasso di respirazione (l/h)

Sforzi intensi 1055 (circa 4 MET) 189 160 4130Lavori pesanti 703 126 106 2740

A riposo/disteso 88 16 13 340

INQUINAMENTO INDOOR, LE CAUSEAlcuni prodotti, come quelli degli idrocarburi, provocano inquinamento dell’ambiente interno e si suddividono in:- ad azione prevalentemente irritante (polveri, biossido di azoto, ozono, formaldeide);- ad azione tossica (ossido di carbonio, nicotina, metalli pesanti);- ad azione prevalentemente sensibilizzante (polline, fibre sintetiche);- ad azione cancerogena (formaldeide, idrocarburi, amianto)Un’appropriata ventilazione, meccanica o naturale, miscelando l’aria interna ad un ambiente e realizzando un’indispensabile ridistribuzione, permette di rimuovere e/o diluire i contaminanti generati e di ottenerne la qualità desiderata. L’uso di impianti di ventilazione comporta comunque la produzione di un inquinamento interno, per cui si fa uso di impianti di filtrazione.

DILUIZIONE DEGLI INQUINANTI CON ARIA DI RICAMBIOQuando le sorgenti inquinanti non sono facilmente localizzabili all’interno dell’ambiente i dispositivi di captazione locale non possono garantire la rimozione dell’inquinante; in questo caso per migliorare la qualità dell’aria si procede alla diluizione degli inquinanti con aria proveniente dall’esterno. È necessario allora determinare la portata di aria esterna necessaria a mantenere la concentrazione degli inquinanti al di sotto di una prefissata soglia.L’ASHRAE 62-2004 prevede due possibili procedure per la valutazione dei requisiti di ventilazione, entrambe basate sull’approccio tradizionale della diluizione degli inquinanti tramite aria di ricambio esterna, che si differenziano per idiversi approcci utilizzati per la determinazione delle portate di rinnovo:

APPROCCIO PRESCRITTIVO (in funzione del numero dei ricambi) (procedura Ventilation Rate)L’approccio prescrittivo determina la portata d’aria di ventilazione facendo riferimento a valori minimi fissati a seconda della destinazione dell’ambiente. Le portate vengono spesso normalizzate rispetto al volume, alla superficie di pavimento o al numero di persone che si prevede possano occupare l’ambiente. In Italia a livello normativo si può fare riferimento alla UNI 10339 “Impianti aeraulici a fini di benessere”, che indica le quantità minime d’aria esterna (m3/h) necessarie all’ambiente interno.La portata d’aria di rinnovo può essere riferita:- al volume del locale;- alla superficie in pianta del locale = Qos

- a persona (dove ci sono grandi assemblamenti di persone: cinema, teatri)= Qop

Np è il numero di occupanti ed Sp la superficie del pavimento.

APPROCCIO PRESTAZIONALE (in funzione dell’inquinante) (procedura Indoor Air Quality)Con l’approccio prestazionale la portata di ricambio viene determinata imponendo che essa sia tale da diluire a sufficienza gli inquinanti presenti in ambiente, portandoli a valori di concentrazione inferiori a prefissati valori limite. Riducendo il valore di CO2 miglioreremmo la qualità dell’ambiente. Ad esempio in una stanza con poche persone ci saranno inquinanti provenienti dalle tubature dell’impianto e dall’esterno. Però se la stanza dovesse riempirsi di persone, sicuramente il valore inquinante di CO2 sarebbe quello preponderante. Per poter determinare la concentrazione degli inquinanti è allora necessario impostare una equazione di bilancio di massa per ogni inquinante presente in ambiente.

La portata di ventilazione va calcolata per ogni inquinante presente all’interno dell’ambiente potenzialmente dannoso per la salute degli occupanti. La portata da adottare sarà quindi la massima fra quelle ottenute per i singoli inquinanti.

PROGETTAZIONE PER UNA MIGLIORE IAQ In passato la qualità dell’aria veniva normalmente riferita alla sua composizione chimica ed i limiti di tollerabilità venivano stabiliti in base alle dosi di ogni singolo inquinante rilasciate nell’ambiente. Questo procedimento, che può essere valido in ambienti industriali in cui è più facile individuare le sostanze chimiche più dannose, risulta insoddisfacente per gli ambienti di civile abitazione o adibiti ad attività commerciale dove le basse concentrazioni degli inquinanti non consentono di stimare in maniera corretta il loro effetto sugli esseri umani. È stata allora proposta da Fanger una nuova metodologia di analisi partendo dalla considerazione che i sensi umani possono in determinate condizioni essere più affidabili delle analisi chimiche. La qualità percepita dell’aria di un determinato ambiente viene giudicata da un campione di persone che ne indica il gradimento in base alla prima impressione ricevuta entrando nel locale. Fanger ha proposto due unità di misura per la valutazione della qualità dell'aria interna e gli effetti della presenza di inquinanti sulle condizioni di benessere delle persone: l'olf e il decipol.- OLF: per quantificare l’inquinamento dell’aria all’immissione. È definito come il tasso di emissione di sostanze inquinanti da parte di una persona standard, ossia da un uomo adulto in posizione sedentaria, in condizioni di benessere termico con uno standard igienico medio di 0,7 bagni/giorno. - DECIPOL: per quantificare l’inquinamento dell’aria negli ambienti interni ed all’esterno, così come viene percepito dagli esseri umani. È definito come l’inquinamento causato da una persona standard (1 OLF) sottoposta ad una ventilazione di 10 l/s di aria non inquinata. 1 DECIPOL= 0,1 OLF/portata (l/s)In definitiva l’olf viene utilizzato per quantificare le sorgenti di inquinamento mentre il decipol consente di giudicare la qualità dell’aria sia interna che esterna così come è percepita dalle persone.

APPROCCIO DI TIPO STATISTICOPer quanto riguarda la valutazione della qualità dell’aria interna, con un processo logico simile a quello utilizzato per la valutazione delle sensazioni termiche delle persone all’interno di un ambiente, per mezzo di indagini sperimentali condotte su un campione di individui, è stata prodotta una curva che restituisce la percentuale di persone insoddisfatte in funzione della qualità dell’aria percepita. Nell’immagine: relazione tra la qualità percepita dell’aria espressa in decipol e la percentuale di insoddisfatti.CRITICHE:- le misure effettuate sono molto limitate per cui i livelli qualitativi proposti sono limitati;- inquinanti pericolosi non sono percepiti olfattivamente;- non è facile individuare la sostanza più critica sulla quale calcolare il tasso di ventilazione;- le portate d’aria calcolate con questa metodologia sono molto elevate e implicherebbero impianti molto costosi.

NORMA EUROPEAUNI EN 13779/2005 (approccio di tipo prescrittivo)- ci si riferisce al numero di persone previste nell’ambiente (portata calcolata per numero di persone)- si utilizza per ambienti nei quali non è prevista la presenza di persone (magazzini) (portata calcolata per superficie) DEFINIZIONE DI QUALITÀ DELL’ARIA ACCETTABILE:

Aria in cui non sono presenti contaminanti conosciuti in concentrazioni pericolose, secondo quanto stabilito dalle autorità competenti, e rispetto alla quale la maggioranza delle persone esposte non esprime insoddisfazione (PD <20%)

- aspetto riguardante la purezza (risultano necessarie adeguate portate d’aria di rinnovo)- aspetto riguardante l’eccessiva umidità invernale (risulta necessaria un’adeguata ventilazione)

IDA (IN DOOR AIR): CATEGORIE DI QUALITÀ DELL’ARIACategoria Descrizione Ricambi d’aria

IDA 1 High indoor air quality 72IDA 2 Medium indoor air quality 45IDA 3 Moderate indoor air quality 29IDA 4 Low indoor air quality 18

RIMOZIONE DEGLI INQUINANTISi tende a ritenere sufficiente una corretta scelta di filtri per le particelle e, nel caso dei gas, di elementi in grado di assorbire gli inquinanti presenti nell’aria. La rimozione avviene:- sull’aria di immissione- sull’aria di ricircolo, in ambienteSono importanti sia i filtri che i sistemi di ventilazione (per esempio il numero di bocchettoni equamente distribuiti nell’ambiente).

PRINCIPI DI VENTILAZIONE:- ventilazione naturale (infiltrazioni, aperture, funzione delle condizioni interne ed esterne)- ventilazione meccanica- ventilazione ibrida (naturale + meccanica)Per la legge di conservazione della massa:Me (massa entrante) = Mu (massa uscente) pressione ambiente= 0.Me > Mu pressione ambiente= sovrapressione Me < Mu pressione ambiente= depressione

VENTILAZIONE A MISCELAZIONEQuesto è il modello di riferimento per la maggior parte dei sistemi di distribuzione dell’aria attualmente progettati e realizzati: il movimento dell’aria è prodotto dall’immissione in ambiente di uno o più getti d’aria (aria primaria) con energia cinetica sufficiente per movimentare l’aria ambiente

circostante (detta aria secondaria), creare una elevata turbolenza ed ottenere una buona mescolanza.

DEFINIZIONI FONDAMENTALE NELLA TEORIA DEI GETTIVelocità d’uscita VO

Lancio o gittata LSi intende la distanza alla quale la velocità massima dell’area lungo l’asse del getto, considerato isotermo, per effetto dell’allargamento del getto stesso e del conseguente miscelamento con l’aria ambiente, si è ridotta ad un valore limite VLIM. Generalmente questo valore è tale da non creare disagio agli occupanti per correnti d’aria e viene fissato pari a VLIM = 0.15 ÷ 0.25 m/s, a seconda delle condizioni termoigrometriche.

RAPPORTO D’INDUZIONE i L’aria immessa con una certa quantità di moto, trascina, nel suo movimento, parte dell’aria ambiente circostante, quindi, in ogni punto del getto, la portata totale in movimento qtot, sarà superiore a quella inizialmente iniettata q0. In ogni punto del getto, si definisce il rapporto:

EFFETTO SOFFITTO (O EFFETTO COANDA)Si verifica quando il getto, in uscita da una bocchetta, situata in prossimità del soffitto (distanza < 30cm), tende ad aderire al soffitto stesso per effetto di una depressione che si crea tra la superficie e il getto, indotta dal tipo di sfogo. La conseguenza è un aumento del lancio e una diminuzione della caduta. Si avvia aumentando la forza del getto ed evitando di mettere il bocchettone troppo sotto il soffitto.

CADUTA, RISALITASi verifica in presenza di un getto non isotermo e rappresenta la differenza, rispettivamente negativa e positiva, tra l’altezza del centro del diffusore e l’altezza dell’asse del getto in un punto in esame. Generalmente è calcolata al termine della gittata. Se inietto aria calda, dovrò spararla con un getto più forte per farlo arrivare a livello di respirazione.

VENTILAZIONE A PISTONEUtilizzo: applicazioni particolari, caratterizzate da valori molto spinti di qualità dell’aria. Camere bianche per l’industria elettronica, per l’industria farmaceutica, per laboratori particolari; settore ospedaliero: sale operatorie, reparti di rianimazione, degenze post-trapianti, reparti infettivi.

VENTILAZIONE A DISLOCAZIONE

EFFICIENZA DI RICAMBIO DELL’ARIA ε Di tutta la portata d’aria Q che s’immette in un ambiente, è possibile dimostrare che solo una frazione ε contribuisce effettivamente al rinnovo dell’aria, diluendo e rimuovendo le sostanze inquinanti. Nel caso di perfetto spostamento (ε = 1) il 100% di Q è sfruttato per il rinnovo, nel caso di perfetta miscelazione (ε = 1/2) questa percentuale è al 50%, mentre in presenza di cortocircuiti di portata questa si riduce ancora di più. In altre parole, se indichiamo con Q’ la frazione di aria che partecipa attivamente alla ventilazione, diluendo e rimuovendo le sostanze inquinanti:Q’ = ε⋅Q ε = Q’/Q (Q= quantità d’aria effettiva)

CARATTERISTICHE DEI FILTRI: i filtri possono essere classificati per:- efficienza di filtrazione- resistenza opposta al flusso dell’aria (il filtro si oppone alla fuoriuscita dell’aria)- vita operativaTIPOLOGIE DI FILTRI:Normalmente siamo soliti immaginare un filtro come un pannello di materiale più o meno denso che viene attraversato dal flusso d'aria ma nella realtà esistono molteplici tipologie di filtri tra i quali anche i filtri a pannello descritti sopra.Ci limiteremo a elencare le principali e più diffuse tipologie indicandone i campi d'impiego prevalente.- filtri inerziali autopulenti che sfruttano l’energia cinetica posseduta dalla particella. Sono utilizzati in presenza di elevati carichi di polveri (800-100 mg/m3) e con portata d'aria medie (2.250-9.000 m3/h).- precipitatori elettrostatici, in cui la particella è caricata elettricamente e raccolta su una superficie di carica elettrica opposta.- filtri fibrosi in cui la filtrazione avviene principalmente per intercettazione.- filtri viscosi in cui la filtrazione avviene attraverso un fluido viscoso.- filtri ad assorbimento in cui la filtrazione avviene per assorbimento chimico o per adsorbimento. Noi ricorriamo ai filtri fibrosi:- filtri piani: sono generalmente utilizzati come sistemi di pre-filtraggio per filtri con rendimenti più elevati; il materiale filtrante può essere impregnato con resine per aumentarne l'efficacia.- filtri a sacche (a tasche flosce o rigide)Sotto c’è la tabella riepilogativa della classificazione dei filtri secondo le prestazioni, come descritto nella norma Europea EN 779 (edizione luglio 1993) che contiene i requisiti che i filtri d'aria antipolvere devono possedere. Descrive i metodi e l'impianto di prova per la misura delle prestazioni del filtro. Si applica ai filtri antipolvere che devono essere provati con una portata d'aria compresa tra 0,24 m3/s (850 m3/h) e 1,39 m3/s (5.000 m3/h) e che possiedono un'efficienza colorimetrica iniziale minore del 98%.È pure riportata la norma EN 1822 relativa ai filtri assoluti (HEPA ed ULPA).

I filtri HEPA e ULPA hanno elevatissimi valori di rendimento (fino al 99,99996 DOP). Necessitano sempre di pre-filtri. Hanno basse portate d'aria e discrete perdite di carico. Sono utilizzati dove la purezza dell'aria deve essere assoluta: camere bianche, sale operatorie, laboratori batteriologici, ecc.

CAMERE PULITE Si tratta di una camera in cui areazione, ventilazione, filtrazione, materiali di costruzione e procedure operative sono regolamentate per controllare la concentrazione e la qualità di particelle presenti nell’aria e per rispondere a livelli di pulizia adeguati. Altri identificativi: clean room, camera Bianca, ambiente Controllato, stazione di lavoro con aria pulita.Caratteristiche generali:- le camere pulite sono realizzate secondo le tecnica del “Contenimento Dinamico”, per la quale l’atmosfera dei locali ètenuti in costante sovrapressione, controllata con gradiente crescente verso le zone a maggior pulizia, allo scopo di evitare l’immissione di flussi inversi potenzialmente inquinanti.- i componenti principali strutturali ( pareti, porte, controsoffitto etc.) sono del tipo a basso rilascio particellare

appositamente studiati per ambienti sterili.- l’impianto di climatizzazione, autonomo, e l’impianto di regolazione termoigrometrica devono garantire le condizioni ottimali di pressione, temperatura e umidità atte a garantire le condizioni necessarie per i processi e di benessere per gli operatori durante, tutto l’arco dell’anno.Principio di funzionamento:Da una serie di filtri assoluti (HEPA )integrati nel controsoffitto, emerge un flusso d’aria filtrata con efficienza migliore del 99.999% su particelle da 0.3 μ, tale da garantire un elevato numero di ricicli, e quindi un efficace lavaggio di tutto l’ambiente. L’aria, dopo aver attraversato i locali viene ripresa attraverso griglie posizionate in basso sulle pareti perimetrali e inviata all’unità di trattamento termoigrometrico, in parte ricircolata, previa climatizzazione e filtrazione assoluta, ed in parte espulsa. L’aria espulsa viene ripristinata da aria primaria filtrata.

BILANCIO ENERGETICO DI UN EDIFICIOIl sistema fisico confinato dalla superficie esterna dell’edificio può essere considerato un sistema termodinamico aperto, operante in regime mediamente stazionario. Applicando ad esso il Primo Principio della Termodinamica si può scrivere l’equazione di bilancio energetico, in termini di potenza termica media riferita ad un generico intervallo di tempo dt.

Forme di scambio termico:- Conduzione- Convezione- Irraggiamento

IPOTESI SEMPLIFICATIVE:- Corpo fisico continuo, uniforme e isotropo- Caratteristiche fisiche invariabili nel tempo e indipendenti dalla temperatura- Caso monodimensionale- Regime stazionario

REGIME NON STAZIONARIO- Calcolare i flussi termici associati alla variazione di temperatura nel tempo nell’ambiente e nella strutturaInerzia termica: resistenza di un involucro a farsi attraversare dall’onda termica.La diffusività termica = λ/ρ⋅cp (ρ=densità) è la velocità con ci l’onda termica si diffonde nel materiale.La diffusività termica è una caratteristica intrinseca del corpo in quanto dipende esclusivamente da parametri relativi al materiale di cui è composto. È misurata in m2/s. Da informazioni su quanto rapidamente il calore si diffonde al suo interno.

BILANCIO GLOBALEScambi convettivi e radiativi di una parete opaca esterna:

dove α è un coefficiente legato alle caratteristiche del materiale.

TEMPERATURA ARIA-SOLE: è una temperatura fittizia che tiene conto contemporaneamente sia degli scambi termici (conduttivi e convettivi) con l’aria esterna che dell’irraggiamento solare ricevuto.

Il bianco, avendo minore riflettività, riduce il coefficiente α.

REGIME PERIODICO STABILIZZATO

Tinterna = costante; Testerna = variabile con legge periodica nelle 24 ore

dove:μ lo smorzamento f(s/λ; λρcp)φ il ritardo di fase f(s/λ; λρcp))ϑ la semiampiezza di oscillazione = Tmax-Tm

hI coefficiente di adduzione internoTI temperatura costante dell’ambiente internoTm temperatura media intorno alla quale oscilla, con periodo fissato, la temperatura dell’aria esterna

Per una parete a bassa inerzia termica il flusso massimo trasmesso è quello che si riscontra in corrispondenza della temperatura massima esterna. Invece per una parete ad elevata inerzia termica il flusso massimo trasmesso è quello che si riscontra in corrispondenza della temperatura media esterna. Il riferimento nazionale per il calcolo dei predetti indicatori è la norma tecnica UNI EN ISO 13786, dove i predetti parametri rispondono rispettivamente alle seguenti definizioni:

- fattore di attenuazione o fattore di decremento è il rapporto tra il modulo della trasmittanza termica dinamica e la trasmittanza termica in condizioni stazionarie.- sfasamento è il ritardo temporale tra il massimo del flusso termico entrante nell’ambiente interno ed il massimo della temperatura dell’ambiente esterno.Sulla base dei valori assunti da tali parametri si definisce la seguente classificazione valida per tutte le destinazioni d’uso:

La TRASMITTANZA TERMICA PERIODICA si calcola attraverso la seguente relazione:Yi,e = f x Uregime stazionario

f è il fattore di attenuazione calcolato come il rapporto tra il flusso termico in condizioni reali ed il flusso termico in assenza di accumulo di calore riferiti alla medesima stratigrafia.f = qmax/q‘max

Il flusso termico in condizioni reali (qmax) introduce il concetto periodico-dinamico. Esso si calcola attraverso la soluzione dell‘equazione generale della conduzione del calore in regime variabile (periodico dinamico).‐Il flusso termico in assenza di accumulo di calore (q‘max) è pari al prodotto della trasmittanza termica in regime stazionario (U) per la differenza di temperatura tra il valore massimo esterno ed il valore interno (T(e max, i)):q‘max = U x T(e max, i)

L‘intervallo di valori del fattore di attenuazione (f) è compreso tra 0 e 1. 0 corrisponde alla situazione limite di totale accumulo di calore ed 1 corrisponde alla situazione limite di accumulo di calore nullo.

BILANCIO ENERGETICO DI UN EDIFICIOLa quantità di energia entrante in un intervallo di tempo ΔT - la quantità di energia uscente in un intervallo di tempo ΔT è uguale alla variazione di energia immagazzinata dall’edificio nello stesso intervallo di tempo ΔT.Energia entrante nell’edificio:- I guadagni, ossia l’energia gratuita proveniente da fonti rinnovabili e non;- I consumi, ossia l’energia proveniente da fonti non rinnovabili (combustibili fossili/liquidi/gassosi/, elettricità di rete)Energia uscente dall’edificio:- Le perdite con l’ulteriore specificazione del tipo di cui si tratta(Consumi + guadagni) – perdite = Δqe

Δqe = variazione di energia immagazzinata dall’edificio in ΔTdove: (qg + qs + qi) – (qd + qv) = Δqe

qg = energia termica erogata all’edificio dal generatore di caloreqs = guadagno solare dovuto alla radiazione incidente sulle superfici trasparenti ed opacheqi = guadagno interno dovuto al calore emesso dalle persone, dalle lampade, dalle altre apparecchiature (elettrodomestici)qd = perdita di calore per trasmissione attraverso l’involucro = Wd (ti – te) Δt qv = perdita di calore per ventilazione (ricambio dell’aria per motivi igienici e infiltrazioni d’aria attraverso i giunti dell’involucro) = Wv (ti – te) ΔtWd e Wv = coefficienti di perdita di calore per unità di tempo, per unità di differenza di temperatura attraverso la superficie dell’involucroΔqe = Ced (ti2 – ti1)Ced = capacità termica equivalente dell’edificioti2 e ti1 = rispettivamente la temperatura delle masse interne al tempo t + Δt e al tempo t

CASO A: l’energia fornita qg + qs + qi è nulla (qd + qv) = - Δqe

se ti > te energia uscente dall’edificio se te > ti energia entrante nell’edificioCASO B: l’energia fornita qg + qs + qi è costante nell’unità di tempo se (qg + qs + qi) > (qd + qv) Δqe > 0 quindi ti2 > ti1

la temperatura interna cresce nel tempo fino a quando (qg + qs + qi) = (qd + qv) e quindi Δqe = 0 ti2 = ti1 (regime stazionario)

CASO C: l’energia fornita qg + qs + qi è negativa - (qg + qs + qi) - (qd + qv) = Δqe

la temperatura interna decresce nel tempo fino a quando ti2 = ti1 Δqe = 0 (regime stazionario)

BILANCIO TEMPORALE - MEDIE TEMPORALIPer soddisfare le esigenze di valutazione semplificate delle prestazioni energetiche in edilizia è necessario poter eseguire bilanci energetici su basi temporali giornaliere e mensili. Poiché tali intervalli di tempo comparabili con il periodo delle grandezze periodiche in gioco (radiazione solare, temperatura esterna, temperatura interna) nei bilanci energetici non istantanei bisogna introdurre il valore medio (sull’intervallo di tempo scelto) di tutte le grandezze precedentemente definite.(Qg + Qs + Qi) = (Qd + Qv)Consumo di combustibile: Qg = (Wd + Wv) (Ti – Te) D – (Qs + Qi) dove: D = periodo di durata giornaliera o mensile; Qg = quantità da spendere in termini di energia; Wv = perdite di ventilazione; Wd = perdite di dispersione; Ti – Te = temperatura interna ed esterna; Qs + Qi = carichi solari e carichi interni. Inoltre: Qg = L - ηG ; L = (Wd + Wv) (Ti – Te) D; G = (Qs + Qi)Quando L (perdite) è massimo, G (guadagni) è minimo.BILANCIO SPAZIALE - MEDIE SPAZIALINon esistono problemi se il volume su cui si effettua la media è omogeneo per quanto riguarda la distribuzione spaziale delle perdite e dei guadagni. Esempio classico: un edificio con esposizione principale NORD-SUD. In questo caso il bilancio corretto va fatto separatamente per le due zone imponendo il vincolo che sia sempre maggiore o uguale a zero.Qg = {(Wd + Wv) (Ti – Te) D – η (Qs + Qi) }SUD + {( Wd + Wv) (Ti – Te) D – η (Qs + Qi) }NORDDove: 0 < η<1Un edificio che affaccia NORD-SUD non potrà mai avere lo stesso fronte su entrambi gli affacci.

CALCOLO DEL FABBISOGNO TERMICO DI UN EDIFICIO:- Metodi di correlazione: simulano il regime stazionario:

- Metodo dei gradi giorno- Metodo della normativa UNI10344- Metodo BIN

- Metodi di simulazione dinamica: calcolo in regime transitorio:- NBLSD USA- BLAST- TRNSYS

METODO DEI GRADI GIORNO:Strumento semplice per una stima attendibile dei consumi per il riscaldamento continuo di edifici residenziali esistenti o di nuova progettazione purché questi non siano né molto isolati né ad alta captazione solare.Limiti: non vengono presi in considerazione quei termini come la radiazione solare e gli apporti interni che non dipendono dalla temperatura, durante la stagione estiva l’impiego dei gradi giorno è improponibile.Edifici ad occupazione non continuativa: per il calcolo dei consumi bisogna introdurre una nuova grandezza:R = Ce/ (Cg V)Il consumo di energia in questo caso è legato ai seguenti parametri:tα/D : tempo di accensione dell’impianto rapportato alla durata del ciclo totale di accensione e spegnimento (D=24 ore)R/D : costante di tempo dell’edificio rapportata alla durata totale del ciclo di accensione e spegnimento (D= 24 ore)Pmax/P : potenza disponibile al generatore rapportata alla potenza necessaria al mantenimento della temperatura di comfort.

Parametri che caratterizzano l’edificio e il clima:- Coefficiente di trasmissione globale: perdite totali per trasmissione e per ventilazione per m3 riscaldato e per unità di differenza di temperatura. Cg = (Wd + Wv)/V = coefficiente unitario- GG: valore dei gradi-giorno per una prefissata località

Qg = (Wd + Wv) (Ti – Te) D – (Qs + Qi) (D =24 ore)Qg = 24 Cg V (Ti – Tem) – η (Qs + Qi) (Wh)Sommando su tutti i giorni del periodo di riscaldamento:E = 24 Cg V Σ(Ti – Tem) – Σ η (Qs + Qi) = = 24 Cg V Σ {Ti – Tem – η (Qs + Qi)/ 24 Cg V}Dove:24 Cg V Σ(Ti – Te) = perdite stagionaliΣ η (Qs + Qi) = guadagni stagionaliη (Qs + Qi)/ 24 Cg V = effetto termico dovuta all’energia giornaliera introdotta nell’edificio dalla fonte solare e dalle fonti interne [Teq]- Per gli edifici esistenti: bassa captazione, Cg medio alto: Teq = 4 ± 1°C

Se fissiamo la temperatura interna Ti pari a 20°C: (Ti – Teq) = 16 ± 1°CHa una oscillazione modesta al variare sia del clima che della tipologia degli edifici esistenti.TEMPERATURA CONVENZIONALE DI RIFERIMENTO (media stagionale):TR = (Ti – Teq)E = 24 Cg V Σ (TR – Tem) = 24 Cg V GGDove GG [gradi giorno = somma delle differenze tra la temperatura di riferimento e la temperatura esterna media giornaliera, estesa a tutta la stagione di riferimento (riscaldamento)] = f(clima locale)