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Climatizzazione e Termofisica dell'Edificio
Prof. Livio Mazzarella
18/09/2020
Esame
- 15 domande aperte
- progetto relazioni
Termodinamica
Grandezze
- Estensive (additive)
- massa (m)
- numero di moli (n)
- volume (V)
- energia interna (U)
- entalpia (H)
- entropia (S)
- Intensive (non additive)
- pressione (P)
- temperatura (T)
- potenziale chimico (μ)
- Specifiche (rapporto tra grandezze estensive)
- massa volumica
- ρ = m/V (densità)
- massa molare
- M = m/n
- massa volumica
Sistema semplice chiuso
- U = U (V, n) → μ = U = μ (T, V)
- H = H (T, p, m) → h = H/m = h (T, p)
- H = U + pV
- h = u + pυ
- dW = -pdV → dw = -pdυ (interazione meccanica)
- dQ = Tds → dq = Tds (interazione termica)
Non differenziali perché dipendono dalle modalità di interazione (dal percorso). Non sono funzioni di stato.
Principio di conservazione dell'energia (m = costante)
ΔU = W + Q → -Δu = w + q (forma integrale)
du = δw + δq = -pdυ + Tds
du = dh - pdv - vdp = -pdυ + Tds (forma differenziale)
dh - vdp + Tds = δwnc + δq
Lavoro elementare tecnico
Principio di conservazione dell'energia meccanica:
- Trasformazioni isocore: n = cost
du = δq - pdv
dh = δu + pdv + vdq
Trasformazioni isobare: p = cost
du = - ∫ pdv + φ
Capacità termica specifica
Cv = (∂q/∂t)v
Cp = (∂q/∂t)p
Variazioni contenuto di energia
dq = Cx dT
du = - pdv + (Cx dT = f(T, v)
Sistema aperto in regime stazionario:
Sorgente:
Il contenuto di massa e energia non variano nel tempo
Caratteristiche dell'aria umida
Umidità massica
- X = MH2O,vap/Mas = kg H2O,vap/kg as
- Mas = 28,96 kg/kumo
- MH2O = 18 kg/kumo
Umidità relativa
- Φ = Pv / Psat(θ)
- Pv = Φ • Psat(θ)
Entalpia specifica
- hau = has + hH2O
- has = h0 + cp(as)(T - T0)
Formula semplificata per il calcolo dell'entalpia specifica aria secca
h(as) = cp(as)(T - T0)
BYPASS FACTOR - CICLI REALI
Raffreddamento con deumidificazione (ideale)
1-5 Raffreddamento sensibile
9c1 = hn - hs = cp (θ1 - θs)
5-7 Deumidificazione
9c2 = hs - h2
Q̇e = ṁ(AS) (9c1 + 9c2) = ṁ(AS) (1 - 2) = ṁ(HV) (1 - 2)
h2 = hsat (2) = cp (j)
Reale
Nella realtà è impossibile raffreddare l'aria in modo uniforme
Batteria alettata di raffreddamento
- L'aria in prossimità della superficie delle piastre della batteria, per effetto dell'ATTRITO VISCOSO, fuisce a lentezze e si raffredda
- L'aria della zona centrale, ha una velocità superiore e si raffredda meno
- Per assurdo, ovvero in raffreddamento ideale dovremmo avere un canale di lunghezza infinita
- Durante il funzionamento ci sono delle perdite che non permettono di arrivare alle condizioni di progetto con i dati input
Bisognerà raffreddare ulteriormente l'aria in modo che anch'essa ipocidi in osservis alla temperatura di progetto
θe è la temp. superficiale della batteria alettata
ε = (hn (1, 1) - hm (2, 2)) / hn (n, xn) - h8 (e, e)
Efficienza
controllo contemporaneo di temp e umidita
- controllo locale di 2 apparecchi o un apparecchio combinato
- controllo per miscela tramite l'immissione di aria trattata
IMPIANTO A TUTTA ARIA (impianto di condizionamento ad esempio)
- controllo tramite immissioni di aria trattata
OCCORRE CONOSCERE LE CONDIZIONI ALL'USCITA X DETERMINARE QUELLE ALL'INGRESSO
INCOGNITA: devo determinare quali e le masse viste le uscite e cioe cioò che devo risolvere
ho piu incognite di equazioni a scuola
HP: PERPLETO MISCELAMENTO → g=A
X o= Xn
è noto perché è l'obiettivo 2
ho infinite possibili soluzioni
retta ambiente
1. esamina il PRERISCALDAMENTO
Qh = Qh′ > 0
comodo in teoria, ma difficile da ottenere
in condizioni reali operative ⇒ E si
muove nel tempo
π(2) ⇒ M da dx di θU ed θs
xs1 xs2
impossibile deumidificare
• impianto a tutta aria esterna con UMIDIFICAZIONE A VAPORE
II MODO
• E⇒B riscaldamento a umidità massica
costante, e batteria unica
aria - acqua calda
PRERISCALDAMENTO
ha (AS) - hE (A1) = ρh > 0
8 (E⇒I): saturazione ed adiabatico (isotermo
con scambio (UMIDIFICAZIONE)
Qh (AS)
= ms · ρh (AS)
Qm (AS)
= mG (AS) (xs - xE)
(curva con RICORDO ⇒ M)
LIMITE: il punto di miscela M non può essere sopra le
isonumidità massica X2, X1 in tal caso occorrerebbe deumidificare
SE M= M mix l’umidificatore in serie: solo riscaldamento
sensible
XM ⊆ X1
→ R+C: scambio termico "sensibile" per radiazione e → 70% convezione termica → 100%
- Scambio termico convettivo - radiattivo
- bulbo secco
Se Tpelle > Tsup. ambienteho perdite per radiattivo (R)
Se Tpelle > Tariaho perdite per convezione (C)
→ S=0 H-W-E=(R+C)=0 ho benessere
Temperatura media radiante (Tr)
Temperatura uniforme di un'immaginaria cavità nera che causa le stesse perdite termiche per radiazione che si hanno nell’ambiente reale
Per mantenere comfort termico
- il calore prodotto deve equiparare le perdite termiche
- i segnali dei sensori di caldo e freddo si devono neutralizzarevicendevolmente
Scambio termico convettivo - radiattivo (H)
H=RC+C=fcl [hr(θcl - θ) + hc(θcl - θa)] =
- fattore di vestiario = fcl hcr(θa - θ) operativa
- hr=a/Tr-273,15
- hx= (EcσCTcl4-Tr4)/ (θcl - θ)
- hα = hnc + hc
- temperatura vettoria θ
- hrθ+hcθa/hr+hc = [θα]
una precisione uniforme di un ambienteimmaginario con lo stessoscambio termico C+C di a nell’ambiente reale
=> f(M,W,Icl,θa,θr,ν,PH2O)=0
- parametri personali
- parametri ambientali→ 3 gradi di libertà
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