Metabolismo: trasformazione dell’energia chimica in energia termica e lavoro
Uomo: stufetta da 100W
Al giorno: Uomo 2500 kcal; Donna 1800 kcal
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Metabolismo - (lavoro+evaporazione+respirazione+radiazione+convezione) = 0
F (abbigliamento, attività, temperatura-umidità-velocità aria,
temperatura pareti, temperatura-evaporazione pelle)=0
2
La pelle, la seconda pelle, la terza pelle
Omeotermia del corpo: sistemi di termoregolazione
vasomotorio e comportamentale
Grandezza fisica
S.I.
Altre U M
Altro
Temperatura
Kelvin
0 Celsius = 273,16 Kelvin
∆T °C = ∆T K
Caratteristica termometrica
Pressione
Pascal
1bar=105 Pa
1atm= 101.300 Pa
760mmHg=1atm
Forza su unità di area
Lavoro
Joule
Energia
Joule
Forza per componente dello spostamento
lungo la direzione della forza
1Kcal=4186Joule
Calore
Onde
Potenza
Watt
Intensità
Watt/m2
Rendimento
Adim.
1Kwh=1000x3600 Joule
Meccanica capacità di compiere lavoro…
ma non solo, chimica, elettrica..
1Kcal/h=4186/3600 Watt
Energia su unità di tempo
Potenza su unità di superficie
Energia usata/
energia consumata
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CONDUZIONE
Calore
energia
CONVEZIONE
IRRAGGIAMENTO
Temperatura
coordinata
macroscopica
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Legge di Fourier
Q = S λ ∆T t
Q= calore
S= superficie disperdente
λ= conduttanza
∆T= differenza di temperatura
t= tempo
Due parole sui termini
λ Conduttanza (W/m2 K) conduzione dell’intero elemento fisico
calore trasmesso su unità di superficie, tempo e grado (dalla Q = S λ ∆T t)
R Resistenza (m2 K/W) resistenza dell’intero elemento fisico
k Conduttività (W/m K) conduzione propria di quella sostanza
ρ Resistività (m K/W) resistenza della sostanza
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MATERIALI
SPESSORE UTILE PER
OTTENERE UN VALORE DI
TRASMITTANZA TERMICA
PARI A
0.4 W/m²K
LANA DI
VETRO/ROCCIA
10 cm
POLISTIRENE
8 cm
POLIURETANO
7 cm
CELLULOSA
10 cm
SUGHERO
10 cm
LANA DI PECORA
9 cm
FIBRA DI LEGNO
9 cm
6
Req=R
+R1+(R2+R4)*R3/(R3+R2+R4)+R5+R6+Rc2.
c1
Q=A(T1-T2)t/Req
con
Rc1, c2
resistenze convettive
R1,2,3,4,5,6 resistenze conduttive
TA=T1-Rc1*Q
TB=TA-R1*Q
TC=TB-R2*Q1
TD=TC-R4*Q1
Q1=Q*R3/(R3+R2+R4)
TE=TD-R5*Q
TF=TE-R6*Q
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Gradiente
termico
instabile
1K/1m
8
Lunghezza d’onda
Ampiezza
Periodo
Frequenza
Velocità
Onde longitudinali
Onde trasversali
L’ONDA TRASPORTA ENERGIA
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Riflessione – rifrazione - assorbimento
SNELLIUS
Senαi/Senαr = v1/v2=n2/n1
v1
n1=c/v1
n2=c/v2
v2
Riflessione rifrazione assorbimento: Il caso del vetro
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Gas
Tm(°C)
r
(kg/m3)
m
(kg / (m*s))
l
(W / m K)
-10
1.326
1.66E-05
0.02336
0
1.277
1.71E-05
0.02416
10
1.232
1.76E-05
0.02496
20
1.189
1.81E-05
0.02576
-10
1.829
2.04E-05
0.01584
0
1.762
2.1E-05
0.01634
10
1.699
2.16E-05
0.01684
20
1.64
2.23E-05
0.01734
Riflessione rifrazione
assorbimento: Il caso del vetro
Aria
Argon
Qualsiasi corpo emette radiazioni (oltre a assorbirne rifletterne e trasmetterne)
La totalità della radiazione che parte dal corpo la chiameremo radiosità = Σe-r-t
L’emissione è dovuta alla transizione degli elettroni tra gli stati quantici ed è legata
allo stato del corpo (PVT) e al tipo di materia, per i corpi opachi le molecole
esterne assorbono fortemente le emissioni interne. Ne consegue una emissione
legata al solo strato superficiale di circa 1µm
Radiazione con effetto termico
0.1µm – 100 µm
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Onde elettromagnetiche
Lunghezze d’onda e frequenze
Spettri di emissione
La radiosità cioè l’energia totale emessa da una superficie reale
dipende dalle caratteristiche della superficie e dal campo circostante emittente
IL CORPO NERO
Assorbe tutta la radiazione incidente
Per ogni temperatura e lunghezza d’onda
assegnata nessun corpo può emettere più
di un corpo nero
Legge di Wein: λEmax Τ=2897,6 (µmK)
Legge di Stefan Boltzman:
Potenza su unità di area = σ (5,67 10-8) T4
Il corpo nero è un emettitore diffuso cioè
l’emissione non è funzione della direzione
IL CORPO NERO
Ma ci sono fattori di vista negli scambi
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La radiosità cioè l’energia totale emessa da una superficie reale
dipende dalle caratteristiche della superficie e dal campo circostante emittente
IL CORPO GRIGIO
ε Emissività: rapporto tra potenza
emessa dal corpo nero e potenza della
superficie reale
Potenza = ε σ (5,67 10-8) T4
Scambio termico di una piccola
superficie convessa all’interno di una
grande superficie concava
Potenza scambiata =
εσ (5,67 10-8) (T14- T24)
Assorbe tutta la radiazione incidente
Per ogni temperatura e lunghezza d’onda
assegnata nessun corpo può emettere più
di un corpo nero
Legge di Wein: λEmax Τ=2897,6 (µmK)
Legge di Stefan Boltzman:
Potenza su unità di area = σ (5,67 10-8) T4
Il corpo nero è un emettitore diffuso cioè
l’emissione non è funzione della direzione
Ma ci sono fattori di vista negli scambi
Il calore netto scambiato è uguale alla differenza
tra l’energia emessa e quella ricevuta
Potenza scambiata per unità di area = ε σ (5,67 10-8) (T14- T24)
Non necessita di un mezzo di propagazione
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Calore istantaneo distribuito solo nelle aree interessate
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trasmittanza U
somma dei
contributi
conduttivi,
convettivi,
radiativi
Q=U S ∆T t
Per la radiazione e la
convezione si
introducono coefficienti
liminari o di adduzione
tabulati. α
U=1/Rtot= 1/(1/αι+ΣRx+1/αε)
DL del 19 agosto 2005 n.192
modificato dal DL 29 dicembre 2006 n.311
Zona climatica E
U strutture opache verticali 0,37 W/m2K
U strutture trasparenti verticali 2,5 W/m2K
U=1/Rtot= 1/(1/αι+ΣRx+1/αε)
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Porotherm bioplan
FUNZIONE DI
capacità termica e conduttività
Q= cs m ∆T
Q = S λ ∆T t
MATERIALI
TRASMITTANZA TERMICA
PARI A
0.4 W/m²K
LANA DI
VETRO/ROCCIA
10 cm
POLISTIRENE
8 cm
POLIURETANO
7 cm
CELLULOSA
10 cm
SUGHERO
10 cm
LANA DI PECORA
9 cm
FIBRA DI LEGNO
9 cm
LANA DI VETRO/ROCCIA
SPESSORE UTILE PER
OTTENERE
SFASAMENTO
DI 8 ORE
33 cm
POLISTIRENE
35 cm
POLIURETANO
28 cm
CELLULOSA
25 cm
SUGHERO
18 cm
LANA DI PECORA
39 cm
FIBRA DI LEGNO
12 cm
MATERIALI
sp. 45
sp. 38
sp. 35
sp. 30
Densità
kg/mc
890
920
900
920
880
λequ
W/mK
0,143
0,140
0,143
0,142
0,168
Sfasamento
h
22,88
19,75
17,72
15,31
11,32
0,02
0,05
0,07
0,12
0,27
Smorzamento
sp. 25
Fonte: Peter Erlacher
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17
18
Tensione di vapore con una sola sostanza
Ogni liquido possiede una tensione di vapore (la
pressione del vapore generato dal liquido sul liquido
stesso). Se riempiamo parzialmente di un liquido un
recipiente vuoto, dalla superficie del liquido, a causa
dei moti molecolari, alcune molecole sfuggono e
passano allo stato vapore. La tensione di vapore
aumenta con l’aumentare della temperatura
Tensione di vapore con più sostanze
Legge di Dalton Ptot=Paria+Pv
Pvapore funzione di T e Paria
Nel caso in cui nel contenitore sia
già presente altro gas allora sarà
la somma della pressione del gas
esistente più la pressione del
vapore a dare la pressione totale
mantenendo l’equilibrio a quella
temperatura
Aria secca come miscela di gas ideali
(azoto78% e ossigeno 20%)
Aria come miscela di aria secca (A) e vapor d’acqua (V)
La quantità di vapore d’acqua presente nell’aria secca:
UMIDITA’ ASSOLUTA = densità di vapore presente nell’aria umida
UMIDITA’ MASSIMA = densità di vapore massima per quella temperatura.
UMIDITA’ RELATIVA= UMIDITA’ ASSOLUTA / UMIDITA’ MASSIMA
La quantità di vapore rispetto alla quantità d’aria
UMIDITA’ SPECIFICA X= densità di vapore/ densità dell’aria
(ordine di grandezza x= 5 10-2)
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Equazione di stato dei gas perfetti
PV=nRT
da cui fissata la T la densità di gas è (nR/V) = P
La quantità di vapore d’acqua presente nell’aria secca:
UMIDITA’ ASSOLUTA = densità di vapore presente nell’aria umida Pa
UMIDITA’ MASSIMA = densità di vapore massima per quella temperatura. Pa sat
UMIDITA’ RELATIVA= UMIDITA’ ASSOLUTA / UMIDITA’ MASSIMA
La quantità di vapore rispetto alla quantità d’aria
UMIDITA’ SPECIFICA X= densità di vapore/ densità dell’aria
grandezza x= 5 10-2)
Temperatura dell’aria
t (°C)
Pressione di vapore saturo
ps (bar)
Titolo di saturazione
x (gvap/kgaria)
-15
0,00163
1,01
-10
0,00256
1,60
-5
0,00396
2,49
0
0,00600
3,78
16
0,01816
11,4
18
0,02062
12,9
20
0,02336
14,7
22
0,02642
16,6
24
0,02982
18,8
26
0,03360
21,4
28
0,03778
24,0
30
0,04241
27,2
32
0,04753
30,6
34
0,05318
34,4
36
0,05940
38,8
(ordine di
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Diagramma psicrometrico
1° costruire il diagramma delle temperature
2° costruire il relativo diagramma di pressione di vapore saturo
3° costruire il diagramma della pressione di vapore mediante la legge di Fick:
Φ = π S (Pvi-Pve)
del tutto analoga alla Q = λ S (Te-Ti) t
Φ flusso di vapore; π permeanza delle parete; S superficie; (Pvi-Pve) pressioni di
vapore interna ed esterna; λ conduttanza; (Te-Ti) temperature esterna ed interna
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