A.benessere Termoigrometrico

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Civile

Impianti t I i ti tecnici per ledilizia i i l dili i(5 ( CFU) )

a. a. 2010/11Elisa Moretti Universit degli Studi di Perugia Dipartimento di Ingegneria Industriale, sezione di Fisica Tecnica E-mail: [email protected] Web site: http://www.crbnet.it/FisicaTecnica/

Contenuti del Corso (40 ore)1. Benessere termoigrometrico e impianti di climatizzazione e condizionamento

2. Acustica

3. Illuminotecnica

a.a. 2010/11 - Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti

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Contenuti del Corso: ImpiantiBenessere termoigrometrico e qualit dellaria Benessere termoigrometrico e indici del benessere; influenza dei principali parametri ambientali sul benessere (temperatura, umidit relativa, velocit dellaria, ecc.). Cause di discomfort locale (asimmetria radiante, correnti daria, gradiente termico verticale, ecc.). Diagrammi del benessere. Qualit dellaria e ventilazione degli edifici: metodi semplificati di progettazione e cenni sui sistemi di filtrazione. Strumentazioni di misura. St t i i i Carichi termici Condizioni interne ed esterne di progetto e calcolo dei carichi termici estivi ed invernali: carichi termici esterni (trasmissione attraverso linvolucro l involucro edilizio, infiltrazione, ventilazione) ed interni (persone, macchinari, illuminazione). Impianti di climatizzazione Classificazione degli impianti di climatizzazione. Criteri di progettazione degli impianti di riscaldamento e condizionamento convenzionali convenzionali. Fabbisogno energetico degli edifici ed impianti: normativa e verifiche ai sensi della Legislazione vigente. Descrizione e dimensionamento dei principali elementi degli impianti (terminali di immissione dellaria, canalizzazioni, unit di trattamento aria, ventilconvettori, circuiti idraulici, macchine termiche e frigorifere).a.a. 2010/11 - Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti3

Contenuti del Corso: AcusticaAcustica architettonica Progettazione acustica e trattamenti acustici delle sale; Indici di qualit acustica delle sale. Acustica ambientale A ti bi t l Il rumore: cenni sugli effetti del rumore sulluomo, indici di valutazione del rumore. Propagazione d l suono negli ambienti aperti e valutazione P i del li bi ti ti l t i dellattenuazione (divergenza sferica, condizioni climatiche, effetto suolo, presenza di barriere e ostacoli). Barriere acustiche: caratteristiche principali e dimensionamento dimensionamento. Riferimenti normativi. Cenni su piani di risanamento e zonizzazioni acustiche. Acustica edilizia Trasmissione del suono attraverso le strutture; Requisiti acustici passivi degli edifici ai sensi del D.P.C.M. 5/12/1997. Strumentazioni di misura.a.a. 2010/11 - Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti4

Contenuti del Corso: IlluminotecnicaCenni sugli apparecchi e le sorgenti luminose Metodi semplificati di progettazione illuminotecnica (flusso totale, puntopunto); Progettazione illuminotecnica di ambienti confinati nei seguenti casi di studio: Residenze; Scuole; Ambienti commerciali; Ospedali e ambienti medici; Gallerie darte G ll i d t e musei; i Progettazione illuminotecnica di ambienti aperti: Strade; Gallerie stradali; Architetture e monumenti. Inquinamento luminoso: recenti Leggi e regolamenti regionali Strumenti per le verifiche illuminotecniche ed i collaudia.a. 2010/11 - Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti5

Testi consigliati e modalit di verifica TESTI CONSIGLIATI: C. C Buratti: Impianti di Climatizzazione e Condizionamento Morlacchi Editore Condizionamento, Editore, 2007. M. Felli: Lezioni di Fisica Tecnica e Ambientale: Trasmissione del Calore, Acustica, Tecnica dellIlluminazione, Nuova edizione a cura di Cinzia Buratti, Morlacchi Editore, 2004.

MODALIT DI VERIFICA DEL PROFITTO: La verifica del profitto consiste nellelaborazione di una tesina e in una prova orale (durata circa 30 minuti). Lelaborato deve essere consegnato almeno 10 giorni prima della prova di esame.


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1. Impianti di Cli i i Climatizzazione e Condizionamento

IL BENESSERE TERMOIGROMETRICO


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Il benessere negli ambienti confinati Il benessere quella condizione mentale che esprime soddisfazione nel confronti dellambiente termico ASRHAE (American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers) La neutralit termica una condizione necessaria ma non sufficiente; Il benessere legato, oltre che alla temperatura, anche ad altri parametri: Umidit relativa dellaria; Velocit dellaria; dell aria; Purezza dellaria; Temperatura delle superfici radianti; Vestiario e attivit svolta dagli occupanti. Il benessere una condizione soggettiva legato alla stato psicologico dellindividuo dell individuo La progettazione degli impianti e delle strutture finalizzata al benessere degli occupanti, ovvero a rendere minimo il numero degli insoddisfatti.a.a. 2010/11 - Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti8

BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANOIl corpo umano un sistema t i t termodinamico che t f di i h trasforma energia di prima i i specie in calore e lavoro con rendimenti modesti ( METABOLISMO) -Sistemi di termoregolazione: Sistemi-Regolazione basomotoria (fisiologica) -Regolazione comportamentale (livello di attivit fisica fi i e vestiario) ti i )

M = S L C K R W EM S L C K R W E = = = = = = = = potenza termica prodotta dal metabolismo (W/m2); potenza termica accumulata o ceduta dal corpo (W/m2); Calore 2); lavoro meccanico scambiato dal corpo con l'esterno (W/m l esterno sensibile 2); potenza termica scambiata per convezione (W/m potenza termica scambiata per conduzione (W/m2); potenza termica scambiata per irraggiamento (W/m2); potenza termica scambiata attraverso la respirazione (W/m2); Calore 2). potenza termica scambiata per evaporazione e traspirazione (W/m latente

Bilancio energetico del corpo umano

Relazione di Du BoisAsk= m = h =

Ask = 0 202 0.202m

0.425 0.725 0 425 0 725

h

superficie della pelle (m2); massa del soggetto (kg); statura del soggetto (m).

Ask1,8 Ask1 8 m2 per un uomo9


BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANOIl valore ottenuto con la relazione di Du Bois non tiene conto del vestiario. Viene quindi introdotto nel bilancio un fattore fcl, definito come il rapporto tra la superficie di corpo coperta dagli abiti e la superficie nuda (Ask) per tener ), conto della reale superficie di scambio termico di un soggetto vestito.

Valori tipici di fcl: un fattore di correzione che tiene conto della reale superficie di scambio termico di un soggetto vestitoAbbigliamento Pantaloni aderenti, camicia a maniche corte Pantaloni aderenti, camicia a maniche lunghe Pantaloni aderenti, camicia a maniche lunghe, giacca Pantaloni lenti camicia a maniche lunghe maglione maglietta intima lenti, lunghe, maglione, Pantaloni lenti, camicia a maniche lunghe, maglione, giacca, biancheria intima pesante Gonna, camicia a maniche corte, collant, sandali Gonna, camicia a maniche lunghe, sottoveste, collant g , g ,g , Gonna lunga, camicia a maniche lunghe, giacca,collant Tuta a maniche lunghe, magliettaa.a. 2010/11 - Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti

fcl 1.15 1.20 1.23 1.28 1 28 1.33 1.26 1.29 1.46 1.2310

BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: M1 met = 58.15 W/m2 (soggetto seduto a riposo)Valori del metabolismo per diverse attivitAttivit soggetto coricato seduto in piedi camminare lentamente camminare velocemente guidare unautomobile un automobile guidare una moto guidare un camion guidare un aereo pulire casa cucinare fare shopping met 0.7 1.0 1.2 2.0 2.6 1.5 2.0 3.2 2.0 2.5 1.8 1.6 Attivit soggetto fornaio operaio edile operaio meccanico operaio elettrico commesso di negozio orologiaio tennis squash Pallacanestro Ballo golf pesca met 1.5 - 2.0 4.0 - 6.0 3.5 - 4.5 2.0 - 2.5 2.0 - 2.5 1.0 - 1.2 3.6 - 4.0 5.0 - 7.0 5.0 - 7.6 2.4 - 4.4 1.5 - 2.5 1.2 - 2.0

Metabolismo M (equazione proposta da Nishi)M = 351 (0.23 RQ + 0.77) VO2/Ask (W/m2) RQ = quoziente di respirazione, pari al rapporto tra il volume di CO2 prodotta e il volume di O2 immesso; VO2 = volume di O2 consumato (l/min) a T = 0C, P = 1 atm.a.a. 2010/11 - Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti

VO2 Ossigeno Attivit consumato (l/min) leggera < 0.5 media 0.5 -1 pesante 1 -1.5 molto pesante 1.5- 2 estremamente >2 pesante11

BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: SPotenza termica ceduta o accumulata S1. Condizione di omotermia ( regime stazionario) (S = 0)

M = L C K R W E (W/m2)

2. Il calore immagazzinato pari allincremento di energia interna S= Ssk (pelle)+Scr ( muscoli e organi interni)S =sk

mc dT A dsk p,b sk

sk

S =cr

(1 )mc dT A dsk p,b sk

cr

sk m cp,b Ask A k Tcr Tsk

= frazione della massa del corpo concentrata nel compartimento pelle; = massa del corpo (kg); = calore specifico del corpo (kJ/kgC); = superficie di D B i ( 2) fi i Du Bois (m ); = temperatura del compartimento interno (C); = temperatura del compartimento pelle (C); = tempo (s).12


BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: LLavoro meccanico L ( valori modesti, trascurato perch dello stesso ordine di grandezzadell errore dellerrore commeso per valutare M)

Attivit Spalare con busto piegato Spalare con busto eretto Avvitare con cacciavite p Sollevare pesi

Rendimento (%) 3 6 5 9

Attivit Camminare in salita Salire le scale Spingere un carrello Pedalare in bicicletta

Rendimento (%) 15 20 24 25


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BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: CPotenza termica scambiata per convezione ( naturale o forzata) avviene tra laria e la superficie della pelle o il vestiario C= hcc(Tsk-Ta) oppure Tcl al posto di Tsk nel caso di soggetto vestito

Equazioni per il calcolo del coefficiente di convezione Equazione hc = 8.3v0.6 hc = 3.12 hc = 2 7 + 8 7v0.87 2.7 8.7v hc = 5.1 hc = 8.6v0.53 hc = 5.7(M-0.8)0.39 hc= 6.5v0.39 hc = 14.8v0.69 hc = 4.0 Campo di validit 0.2 < v < 4.0 0.0 < v < 0.2 0.15 0 15 < v < 1.5 15 0.0 < v < 0.15 0.5 < v < 2.0 v = velocit del soggetto gg 1.1 < M < 3.0 0.5 < v < 2.0 v = velocit del soggetto 0.15 < v < 1.5 0.0 < v < 0.15 hc i W/m2K v i m/s; M in met. in W/ K; in / i ta.a. 2010/11 - Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti14

Autori Mitchell Colin - Houdas C Nishi - Gagge Gagge et Al. Nishi - Gagge Seppenam et Al.

BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: KPotenza termica scambiata per conduzione: avviene per contatto del corpo p p p umano con oggetti solidi a temperatura diversa, sia direttamente sia attraverso la resistenza termica dei vestiti

1 clo = 0 155 (m2C)/W 0.155 C)/W(individuo vestito con slip, camicia,pantaloni, giacca, calzini, scarpe)

Abbigliamento Pantaloni aderenti, camicia a maniche corte Pantaloni aderenti, camicia a maniche lunghe Pantaloni aderenti camicia a maniche lunghe giacca aderenti, lunghe, Pantaloni lenti, camicia a maniche lunghe, maglione, maglietta intima Pantaloni lenti, camicia a maniche lunghe, maglione, giacca, biancheria intima pesante Gonna, camicia a maniche corte, collant, sandali Gonna, camicia a maniche lunghe, sottoveste, collant Gonna lunga camicia a maniche lunghe giacca collant lunga, lunghe, giacca,collant Tuta a maniche lunghe, magliettaa.a. 2010/11 - Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti

Icl (clo) 0.57 0.61 0.96 0 96 1.01 1.30 0.54 0.67 1.10 1 10 0.7215

BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: RPotenza termica scambiata per irraggiamento R: avviene tra la superficie del corpoumano, nuda o vestita, e le superfici circostanti; dipende dalle temperature e dalle emissivit delle superfici = emissivit media d ll superficie d l corpo e d l i i it di della fi i del del vestiario (-); = costante di Stefan-Boltzmann (5.679x10-8 W/m 2K4); A = effettiva superficie corporea che partecipa agli scambi radiativi (es. A/Ask= 0.696 per una persona seduta, A/Ask= 0.725 per una persona in piedi [5]); temperatura della superficie del vestiario (K); T cl = Tr = temperatura media radiante dellambiente (K). dell ambiente

hr= 4(A/Ask)[0.5(Tcl+ Tr)]3 (W/m2 K)

oppure

hr = 4.71 (W/m2 K)


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BILANCIO TERMOIGROMETRICO DEL CORPO UMANO: W ed EPotenza termica scambiata per respirazione W Ad ogni atto respiratorio entra nel corpo aria nelle respiratorio, condizioni di temperatura ed umidit relativa dell'ambiente ed esce aria ad una temperatura di circa 34C 3 C ed in condizioni sature; per temperatura dell'aria pari a 20C, la potenza termica ceduta, a seconda del livello di attivit, varia tra 2 e 5 W/m2 e pu essere trascurata

Potenza termica scambiata per evaporazione Ela cessione di potenza termica per evaporazione avviene in tre modi: 1. a livello dell'epidermide (sudorazione), 2. dei tessuti 3. a livello polmonare; Complessivamente una persona pu produrre fino a un litro di liquido per ora, a cui corrisponde una potenza termica di circa 675 W .a.a. 2010/11 - Corso di Impianti tecnici per l'edilizia - E. Moretti17

INDICI DEL BENESSERE (classificazione ASHRAE)Diretti Di i Derivati D i ti razionalmente Empirici E ii i

Gli indici diretti sono ottenibili mediante operazioni di misura: temperatura d ll' i (T ) t t dell'aria (Ta) umidit relativa (); velocit dell'aria (v); temperatura di bulbo umido (Tb); temperatura del punto di rugiada (Tdp); p ( ) temperatura a bulbo secco naturalmente ventilato (Tdb).


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INDICI DEL BENESSERE (classificazione ASHRAE)Diretti Di i Derivati D i ti razionalmente Empirici E ii i

Gli

indici derivati razionalmente sono ottenuti con relazioni tra grandezzedirettamente misurate; di questi vanno citati i seguenti:

temperatura media radiante (Tr): la temperatura uniforme di una cavit nera nella quale il calore scambiato per irraggiamento dal corpo umano eguaglia quella scambiata nell'ambiente reale, a temperatura non uniforme. f temperatura operativa (To): temperatura uniforme di un ambiente fittizio dove il soggetto scambia per convezione e irraggiamento la stessa quantit di calore che scambia nell'ambiente reale; t temperatura operativa umida (T h) l t t ti id (Toh): la temperatura uniforme di un ambiente con =100%, nel t if bi t 100% l quale un soggetto scambia globalmente una quantit di calore pari a quella reale; (HSI) 100 indice di stress termico (HSI)= E/EMAX*100 il rapporto percentuale tra la potenza termica totale perduta per evaporazione, necessaria per raggiungere l'equilibrio termico ed il valore massimo nelle condizioni termoigrometriche dell'ambiente considerato. HSI 100 si h un riscaldamento d l corpo; HSI 0 si h un raffreddamento; nelle situazioni i t HSI>100 i ha i ld t del HSI

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