Domande esame Complementi di fisica dell'edificio con risposte complete

h =kJ/kg oppure kcal/kg

specifica as as

x= umidità specifica = g /kg

v as

Teta=°C

Vol = m *kg

3 as

Umidita = %

Pressione = kPa

Pressione vapore saturo = mm hg

Portata (di qualcosa) = m.

1. Descrivere il diagramma psicrometrico e le grandezze su di esso riportate. Definire

l’entalpia e l’entalpia specifica per l’aria umida.

Esistono 2 tipologie di diagrammi psicometrici: il diagramma psicometrico Carrier e il

diagramma di Mollier e ASHRAE (uguali ma ruotati di 90).

Il diagramma di Carrier ha come variabili indipendenti la temperatura θ e umidità massica x.

Tale diagramma consente di tracciare alcune trasformazioni solamente in modo

approssimativo.

Il diagramma di Mollier ha come variabili indipendenti invece l’entalpia specifica h e

l’umidità massica x. Questo diagramma invece consente di tracciare le trasformazioni in

modo concreto. Entalpie èparallele, temperature non parallele perche angolo beta che

permette temp 50gradi parallela umidita massica. Prsenti pure isocore (v=cost)

L’entalpia è una grandezza che esprime l’energia che la miscela di aria secca e vapore può

scambiare con l’esterno. Tale grandezza si calcola come 2

= + = ∗ ℎ + ∗ ℎ

2 2

Questa grandezza diventa specifica dividendo per la massa del costituente che si conserva,

quindi l’aria secca, in quanto la massa della miscela può variare per effetto della

condensazione del vapore o la vaporizzazione di liquido. L’entalpia specifica è definita quindi

dall’equazione:

2, 2 2

ℎ = = ℎ + ∗ ℎ = ℎ + ∗ ℎ

2. Descrivere le principali trasformazioni termodinamiche dell’aria umida. Descrivere il

cosiddetto modello del by-pass factor.

Le principali trasformazioni termodinamiche dell’aria umida sono:

1) Trasformazione isobara di saturazione adiabatica

2) Umidificazione isoentalpica

L'acqua liquida evapora assorbendo calore dall'aria. L'aria si raffredda e si umidifica

muovendosi approssimativamente lungo una linea a entalpia costante (o meglio, a

temperatura di bulbo umido costante) verso la curva di saturazione. Fare da 1 a 2 nella realtà

irrealizzabile direttamente, quindi meglio fare da 1 a 1’ e 2 2’. Ql + Qs = 0.

Bisogna sempre fare diverse trasformazioni. Fare inverso situazione sotto impossibile. Dato

che abbiamo due percorsi di trasf, prendo sempre quello a destra della poszione 1

(nell’esempio da 1 a 2’ a 2, per non avere interferenza con curva sat)

Unica trasformazione inversa possibile dalla isoentalpica è quesat sotto

3) Raffreddamento con deumidificazione

Avviene quando la batteria di raffreddamento ha una temperatura superficiale inferiore alla

temperatura di rugiada dell'aria in ingresso. La deumidificazione dell’aria umida avviene

mediante condensazione del vapore acqueo in essa contenuto, che si verifica quando l’aria viene

raffreddata fino a raggiungere o superare la condizione di saturazione

4) Raffreddamento o riscaldamento sensibile

Riscaldamento Sensibile:

Avviene quando l'aria attraversa una batteria calda.

L'umidità massica (x) rimane costante (x_1 = x_2), mentre la temperatura aumenta (theta_2 >

theta_1) e l'entalpia cresce.Il calore fornito è calcolato come qh = cp_AU * x_1 * (delta teta),

quindi Qh = m_as*qh

Raffreddamento Sensibile:

Avviene quando l'aria viene raffreddata senza scendere sotto la temperatura di rugiada.

L'umidità massica rimane costante ($x_1 = x_2$), la temperatura diminuisce ($\theta_2 <

\theta_1$) e l'entalpia diminuisce.

La potenza frigorifera è qc = cp_AU * x1 * delta_teta, quindi Qc = m_AS * qc

5) Umidificazione senza saturazione

Può essere effettuata ad acqua liquida (con acqua nebulizzata, ultrasioni) oppure a vapore (con

iniettori o diffusori). Quella ad acqua non è perfettamente entalpica in quanto tiene conto

dell’entalpia di tale acqua, pari a cp per la temperatura di iniezione. L’umidifciatore a liquido non

riesce mai a saturare completamente tutta l’aria trattata.

6) Miscelazione adiabatica Avviene quando due flussi d'aria (es. aria esterna e aria di

ricircolo) si uniscono. Dopo aver fatto il bilancio delle masse, dell’energia e della

massa di H2O, ricavo Hm e Xm

Il modello del by-pass factor

viene introdotto per

rappresentare il

comportamento

reale delle batterie alettate, le quali non riescono a portare

l'intera portata d'aria in perfetto equilibrio termico con la superficie di scambio ; tale modello

schematizza il processo ipotizzando che una frazione dell'aria attraversi la batteria rimanendo

inalterata, ovvero bypassata, mentre la parte restante raggiunge idealmente la saturazione

alla temperatura della parete della batteria, per poi miscelarsi nuovamente a valle con la

frazione non trattata e definire così le condizioni finali di uscita

3. Spiegare come è possibile ricavare la cosiddetta retta ambiente. Commentarla ed

evidenziarla su un diagramma psicrometrico tracciato in modo qualitativo nel caso di

condizioni estive. Spiegare il cosiddetto modello del fattore di by-pass per una batteria e sua

utilità. Per ogni variabile introdotta va esplicitata almeno una volta l’unità di misura

considerata.

La retta ambiente rappresenta il luogo dei punti degli stati termodinamici che l'aria può

assumere mentre assimila i carichi termici e igrometrici all'interno dell'ambiente climatizzato.

Per ricavarla analiticamente, si impostano i bilanci di massa ed energia sul volume di

controllo costituito dall'ambiente stesso.

il Modello del bypass

In un raffredd con deumi o risca con deumi, abbiamo

delle batterie alettate, l’aria che passa all’interno per

attrito crea diversi profili di velocità e temp, per avere

profilo di temp e veloc uniform serve canala infinita,

quindi impossibile. Bisogna quinid usare EFFICIENZA batteria <1.

Per evitare efficienza, si crea un modello bypass, si sostituisce batteria reale con ideale e

byapss. Nella batteria ideale non si creano questi fenomei, nle bypass invece non viene tratta

ed è quindi pari a quella in entrata. L’aria nonn trattata (quella immissione) si misclea con

quella ideale senza fenomeni iniziali. Più è grande portata del bypass, peggiore è la

situazione. BF = 1 - € (più grande è efficienza, minore è bypass factor)

Tanto è maggiore è il bypass factor, peggio è, tanto più si è lontani dal caso ideale, in quanto è

maggiore la porzione virtuale di aria umida che non viene trattata.

4. Descrivere le trasformazioni a cui è soggetta una portata di aria umida in un impianto a

tutt’aria per riscaldamento con umidificazione ad acqua, riportando le principali equazioni di

bilancio e tracciando le trasformazioni su un diagramma psicrometrico. Discutere i limiti

tecnici del parziale ricircolo dell’aria di espulsione, mostrando i casi limite anche su

diagrammi psicrometrici dedicati. Per ogni variabile introdotta va esplicitata almeno una volta

l’unità di misura considerata.

5. Descrivere i principali cicli di trattamento dell’aria che possono avvenire in un’unità di

trattamento dell’aria (UTA).

Le trasformazioni eseguite dall’aria nell’UTA sono:

E →S: raffreddamento a umidità massica costante, (batteria di raffreddamento aria-acqua

refrigerata), con Spunto di rugiada di E;

S →R: raffreddamento con deumidificazione, realizzabile nella stessa batteria di

raffreddamento,