Dipartimento di Tecnologie dell’Architettura e Design “Pierluigi Spadolini” Corso di Laurea Specialistica in Architettura 4S A.A 2003-2004 INSEGNAMENTO DI FISICA TECNICA AMBIENTALE dott. arch. FABIO SCIURPI STUDENTI => DIC – MOR PROGRAMMA DEL CORSO 1. Obiettivi del Corso L’obiettivo principale del corso di Fisica Tecnica Ambientale è quello di fornire allo studente del primo anno le nozioni di base riguardo i fenomeni fisici fondamentali che regolano il sistema edificio impianto, nonché l’interazione tra edificio ed ambiente. A tal fine verranno trattati i principi base della fisica classica, della termodinamica, della termocinetica senza però tralasciare argomenti quali l’inquinamento indoor, che poi verranno approfonditi nel successivo corso di Impianti Tecnici. In specifico il programma rivolge la sua attenzione all’approfondimento dei principali fenomeni fisici ed alla definizione dei modelli matematici che li rappresentano, il tutto finalizzato all’acquisizione di nozioni che troveranno pratica applicazione nelle discipline dell’area progettuale e tecnologica. Particolare attenzione sarà posta al legame tra i fenomeni fisici studiati e le loro applicazioni nel campo del risparmio energetico, del benessere degli occupanti e della qualità dell’ambiente costruito. 2. Argomenti trattati nel corso Unità di misura Definizione di misura: unità di misura fondamentali e derivate. Analisi dimensionale. Sistema di unità di misura. Il Sistema internazionale di unità di misura. Cenni sul Sistema Tecnico Europeo ed Anglosassone e sul Sistema c.g.s. Richiami di Fisica classica Teoria dei vettori: vettori, scalari, operazioni sui vettori, versori. Cinematica: il concetto di velocità ed accelerazione, equazioni cinematiche del moto e della velocità, corpi in caduta libera. Dinamica: concetto di forza, condizione di equilibrio di un sistema. Leggi di Newton. Sistemi di riferimento inerziali. Concetto di massa inerziale e peso. Forze di attrito. Lavoro ed energia. Energia cinetica e potenziale. Principi di conservazione dell’energia. Forze elettriche e campi elettrici. Resistenze elettriche e Legge di Ohm. Resistenze in serie e parallelo. Campo magnetico. Interazioni elettromagnetiche. Meccanica dei fluidi Stati della materia. Definizione di fluido. Densità e peso specifico. Definizione di pressione, pressione atmosferica. Legge di Stevino, pressione idrostatica. Legge di Pascal e sue applicazioni. Misure di pressione: Manometro a tubo aperto, Barometro di Torricelli. Principio di Archimede. Fluidodinamica Linea di flusso, tubo di flusso. Regimi di moto: regime stazionario, laminare e turbolento. Legge di Newton. Coefficiente di viscosità dinamica e cinematica. Numero di Reynolds. Equazione di Dipartimento di Tecnologie dell’Architettura e Design “Pierluigi Spadolini” Continuità (cenni). Equazione di Bernoulli. Resistenza al moto dei fluidi nei condotti: perdite di carico distribuite e concentrate (cenni). Termologia e termodinamica Concetto di temperatura. Termometri e scale di temperatura. La misura della temperatura. Misure operative di temperatura in edilizia. Il Principio zero della Termodinamica. Sistema termodinamico: grandezze di stato e di scambio. Primo Principio della Termodinamica per un sistema chiuso e per un sistema con deflusso. Regimi stazionario e non stazionario. Entalpia. Capacità termica e calori specifici. Secondo Principio della Termodinamica. Processi reversibili e irreversibili. Teorema di Carnot. Ciclo di Carnot. Temperatura termodinamica. Concetto di Entropia. Disuguaglianza di Clausius. Ciclo frigorifero. Pompa di calore. Cicli termodinamici fondamentali a gas e vapore (cenni). Sistemi chimicamente omogenei Superficie termodinamica (p,v,T) per l’acqua e suo Diagramma Termodinamico (p,v). Proprietà termodinamiche del liquido, del vapore e dei vapori surriscaldati. Gas perfetti: equazione di stato e legge di Boyle. Proprietà termodinamiche e trasformazioni dei gas perfetti. Altri diagrammi termodinamici (cenni). Sistemi a più componenti non reagenti, in fase gassosa Legge di Dalton. Miscela di aria e vapor d’acqua: titolo, grado igrometrico, entalpia. Diagramma psicrometrico. Principali trasformazioni delle miscele aria vapore. Trasmissione del calore Modalità di trasmissione del calore. Trasmissione del calore per Conduzione: legge di Fourier, equazione di Fourier, conduzione stazionaria ed in regime variabile. Analogia elettrica. Proprietà termofisiche dei materiali. Materiali isolanti. Trasmissione del calore per Convezione: equazioni fondamentali del moto non isotermo. Convezione naturale e forzata. Analisi dimensionale. Irraggiamento termico, principali leggi dell’irraggiamento termico. Contemporanea presenza di diverse modalità di scambio: il coefficiente globale di scambio termico. Cenni sui problemi della condensa interstiziale nelle strutture murarie e sull’inerzia termica delle strutture. Fotometria di base Tipi di onde elettromagnetiche. Velocità di propagazione delle radiazioni elettromagnetiche. Percezione delle radiazioni elettromagnetiche visibili. Principali grandezze fotometriche. Acustica di base Definizione di suono. Frequenza, periodo, lunghezza d’onda. Moto armonico semplice: i toni puri. Pressione sonora, Intensità sonora; Potenza sonora. Livelli in decibel. Operazioni sui decibel. Misura del livello di pressione sonora: uso del fonometro. Qualità dell’aria indoor Principali sostanze inquinanti degli ambienti indoor, fonti di emissione e caratteristiche degli inquinanti. Unità di misura della qualità dell’aria indoor. Strategie e strumenti di misura delle sostanze inquinanti indoor. Principali normative di riferimento. 3. Modalità della didattica Lezioni del titolare del Corso integrati da seminari su temi specifici. Dipartimento di Tecnologie dell’Architettura e Design “Pierluigi Spadolini” 4. Modalità di esame Gli esami prevedono una parte scritta ed una orale. Bibliografia Testi di base su cui approfondire lo studio degli argomenti trattati nel corso delle lezioni integrati con dispense del corso aventi carattere monografico disponibili sul sito: http://www.taed.unifi.it/fisica_tecnica/ Testi di base (1) Serway R. A., “Principi di Fisica”, Ed. EdiSES, Napoli, 1996 (2) Çengel Y. A., “Termodinamica e trasmissione del calore”, McGraw-Hill, Milano, 1998 (3) AA.VV. “Manuale di Progettazione Edilizia” vol. II, a cura di G. Raffellini, Ed Hoepli, Milano 1994 (4) AA.VV. “Manuale di Progettazione Edilizia” vol. III, a cura di A. Baglioni, Ed Hoepli, Milano 1994 Prima della fine del corso verrà predisposto un programma dettagliato delle lezioni svolte con l'indicazione dei riferimenti bibliografici specifici.