Fisica tecnica ambientale

CARATTERISTICHE PSICOFISIOLOGICHE DEGLI INDIVIDUI d. ATTIVITA’ SVOLTA

PRINCIPI DI ILLUMINOTECNICA La progettazione illuminotecnica degli ambienti e degli

edifici è fondamentale per garantire il benessere di chi li abita. L’illuminotecnica è una

disciplina che coinvolge però non solo aspetti tecnici e scientifici, ma anche psicologici, ed

è inoltre legata alla regolamentazione edilizia da una apposita norma europea (UNI EN

12464-1) e dal testo unico sulla sicurezza sui luoghi di lavoro, per evitare disagi come

l’abbagliamento (diretto, indiretto, riflesso). Le grandezze fotometriche quantificano

l'emissione luminosa in termini della risposta del sistema visivo umano, il quale presenta

sensibilità non uniforme alle diverse lunghezze d’onda. Riassumendo i rapporti che le

legano, si può dire che l’intensità luminosa I (cd) genera un flusso luminoso Φ (lm)

nell’angolo solido ampio (sr). Se questo flusso cade su una superficie di S (m2) genera



un illuminamento di Φ/S, che si misura in lux. [Dimensionalmente lx = cd sr / m]. Inoltre

ogni materiale è caratterizzato da diverse proprietà ottiche: fattore di assorbimento,

fattore di riflessione e di trasmissione. È necessario però fare una distinzione tra luce

naturale e luce artificiale: la luce naturale presenta indubbiamente dei vantaggi, come i

benefici psicologici che porta ed il risparmio energetico, ma anche degli svantaggi, come

l’impossibilità di regolazione. La luce artificiale implica invece un consumo, ed è quindi

importante tenere conto delle prestazioni delle lampadine che si scelgono, tenendo in

considerazione Efficienza luminosa, Temperatura di colore (K) e resa cromatica Ra, Tempo

di accensione e riaccensione.

RELAZIONE TRA MATERIA E RADIAZIONE E PROPRIETA’ SELETTIVE DEI

MATERIALI La radiazione è costituita da un'onda elettromagnetica, cioè da un campo

elettromagnetico oscillante, che si muove in linea retta trasportando energia. La

radiazione si muove nel vuoto con una velocità altissima, pari a 299.792 Km al secondo,

valore che viene indicato con c; quando si propaga in un mezzo materiale come un gas, la

sua velocità è leggermente minore. Un'onda elettromagnetica è caratterizzata anche dalla

sua frequenza (f) e dalla sua lunghezza d'onda (L). Il rapporto tra queste tre quantità è una

costante, pari alla velocità della luce: tanto maggiore è la frequenza di un'onda, tanto

minore è la sua lunghezza d'onda e viceversa. la luce viaggia nello spazio come un'onda,

ma nell'interagire con la materia si comporta come una particella. Questo significa che

l'energia trasportata dalla radiazione viene scambiata tra un atomo e l'altro in "pacchetti",

i fotoni. In un atomo, gli elettroni si muovono attorno al nucleo in una regione dello spazio

che prende il nome di orbitale. L'elettrone possiede un'energia ben definita, che dipende

dal tipo di orbitale lungo il quale si muove. Se un elettrone si sposta da un orbitale ad un

altro, anche la sua energia varia. Questo meccanismo avviene attraverso l'assorbimento o

l'emissione di un fotone. Per passare ad un orbitale di energia maggiore, l'elettrone deve

ricevere energia e quindi assorbire un fotone; passando ad un orbitale di energia minore,

esso ne deve liberare una certa quantità, cioè deve emettere un fotone

PSICROMETRIA

GAS PERFETTI E MISCELE DI GAS: CARATTERISTICHE ED EQUAZIONI DI STATO

L'aria umida è composta esclusivamente dall'aria secca + il vapore in essa disciolto.

L'acqua in forma liquida che è eventualmente presente prima di evaporare o che si

forma dopo la condensazione non rientra nello studio dell'aria umida. • Non essendo

presente acqua in forma liquida, il titolo di vapore 'x' non può riferirsi alla massa di

acqua totale come detto in precedenza [kgvapore/ kgtot], ma deve riferirsi ad un'altra

grandezza (ved. slide successiva). • Le concentrazioni di umidità presenti

normalmente in ambiente sono sufficientemente basse, dunque è possibile

considerare l'aria umida come una miscela di gas perfetti (errore <0,2%).

Il gas perfetto è naturalmente un’astrazione, tuttavia tutti i gas possono essere 9

considerati tali con buona approssimazione per particolari condizioni di pressione e

temperatura. In particolare i gas perfetti mantengono le loro proprietà anche in

presenza di altri gas perfetti, ovvero non reagiscono in fase gassosa: la proprietà della

miscela è pertanto la somma delle proprietà di ciascun gas che la compone, e che

pertanto può essere studiato separatamente.

Miscele d’aria secca e vapor d’acqua: I parametri che definiscono lo stato fisico di

una miscela di aria secca e vapor d’acqua sono i seguenti :

NB. Il riferimento all’aria secca è fatto in quanto si considera la sua composizione

costante mentre varia il contenuto di umidità e quindi di entalpia.

L’aria che prendiamo in considerazione è una miscela binaria composta da: ARIA

SECCA + VAPOR D’ACQUA = ARIA UMIDA. Il vapor d’acqua presente nella miscela è ad

una temperatura inferiore a quella critica, quindi a seconda della trasformazione

subita dalla miscela può condensare. Si ipotizza per l’aria secca e per il vapor d’acqua

un comportamento di GAS IDEALE Ciò è possibile avendo alcune condizioni:

PRESSIONE PROSSIMA A QUELLA ATMOSFERICA e -50°C < T < 50°C. L’aria atmosferica

può essere trattata come una miscela di gas perfetti la cui pressione è, per la legge di

Dalton, la somma delle pressioni parziali dell’aria secca e di quella del vapore. Ptot=

Pa+ Pv. In maniera analoga tutte le altre proprietà possono essere sommate, quindi

l’entalpia totale: H = ma ha + mv hv

STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA + DIAGRAMMA DI FASE DELL’ACQUA

Nello stato solido i costituenti della materia sono legati da forze molto intense che

consentono soltanto moti di vibrazione, nella maggior parte dei casi le molecole si

distribuiscono secondo un reticolo cristallino o in maniera amorfa. L'unico modo per

variare la forma di un solido consiste nell'applicazione di forze abbastanza intense da

spezzare i legami, causando però la rottura o il taglio del corpo.

Nello stato liquido le forze tra i componenti

della materia sono meno intense ed essi sono 10

liberi di scorrere gli uni sugli altri. Un liquido va incontro a variazioni di volume molto

meno marcate rispetto ai gas tanto che nel linguaggio comune si dice impropriamente

che il volume dei liquidi non varia, ma questo non è vero: piuttosto, a parità di

ΔT ΔP,

variazione di temperatura o variazione di pressione la variazione di volume nei

liquidi è molto più bassa della variazione di volume nei gas e tende ad assumere la

forma del recipiente nel quale è contenuto.

Nello stato aeriforme le interazioni sono estremamente deboli ed ai costituenti è

consentito muoversi indipendentemente, non

hanno dunque forma propria e tendono ad

espandersi ed occupare tutto il volume

disponibile, risultando comprimibili.

Diagramma di fase

dell’acqua 

CALORE

SENSIBILE O

LATENTE +

POTENZA ED ENERGIA DI UNA GENERICA

TRASFORMAZIONE PSICROMETRICA

Calore sensibile dell'aria umida: energia termica legata alla variazione di temperatura dell'aria

umida. Si differenzia dal calore sensibile di una sostanza pura (slide 18) poiché ora sono

presenti due componenti (aria secca e vapore), mentre viene trascurata l'acqua allo stato

liquido. Per le trasformazioni a pressione costante (di nostro interesse poiché la pressione

atmosferica è costante) il calore sensibile dell'aria umida si calcola come segue: 11

Dove Qsens,au = calore sensibile aria umida [kJ]; mv = massa vapore [kg]; mas = massa aria

secca [kg]; ΔT = variazione di temperatura dell'aria umida [K] o [°C]; cp,v = calore specifico a

pressione costante del vapore = 0,192 kJ/kgK; cp,as = calore specifico a pressione costante

dell'aria secca = 1,006 kJ/kgK;

Calore latente dell'aria umida: energia termica legata ai cambiamenti di fase dell'aria umida. Si

differenzia dal calore latente di una sostanza pura (slide 19) poiché ora sono presenti due

componenti (aria secca e vapore), mentre viene trascurata l'acqua allo stato liquido. Perciò il

titolo 'x' non si riferisce più alla massa totale liquido + vapore, ma alla massa di aria secca.

Per le trasformazioni si evaporazione/condensazione dell'aria umida, il calore latente si calcola

come segue:

Dove Qlat,au = calore latente aria umida [kJ]; mas = massa aria secca [kgas]; Δx = variazione

della frazione di vapore o titolo [kgvapore/ kgas]; r = calore latente di evaporazione acqua

[kJ/kgvapore] Per l’acqua a pressione atmosferica vale: racqua(0°C) = 2500 kJ/kg

racqua(100°C)= 2257 kJ/kg

Calore totale aria umida: energia termica legata ad una generica trasformazione dell'aria umida

in cui avviene sia una variazione di temperatura che un cambiamento di fase. *Il calore totale

non è la somma del calore sensibile e di quello latente!!!* Il calore totale è la differenza tra le

entalpie iniziale e finale della trasformazione moltiplicata per la massa dell'aria secca:

Qtot,au = calore totale legato alla trasformazione [kJ] mas = massa dell'aria secca [kgas] cp =

calore specifico a pressione costante [kJ/kg K] Δh = variazione di entalpia dell'aria umida [kJ/kg]

= variazione di energia interna di un sistema chiuso

PRESSIONE PARZIALE DI VAPORE, PRESSIONE DI SATURAZIONE E GRADO

IGROMETRICO Essendo l'aria umida una miscela di due componenti, il vapore ha una

sua pressione parziale. La pressione parziale di vapore è la pressione che il vapore

eserciterebbe sulle pareti del contenitore se esso vi rimanesse da solo (ossia se fosse

asportata tutta l'aria secca). La pressione di vapore è proporzionale all'umidità

specifica ed ha un valore massimo oltre il quale il vapore non è più solubile nell'aria

secca: fenomeno della saturazione. Se viene immesso ulteriore vapore la pressione di

vapore e l'umidità specifica non possono ulteriormente aumentare, perciò vi è una

condensazione del vapore immesso. Ciò avviene in tutte le soluzioni, ad esempio

quando si mette troppo zucchero nel caffè questo non si scioglie e rimane sul fondo. Il

valore della pressione parziale di vapore che provoca la saturazione (in breve

"pressione di saturazione" o "pressione di vapore saturo" o "tensione di vapore

saturo") dipende dalla pressione e dalla temperatura a cu