Schemi: Appunti di Termofisica

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Sistemi chiusi: non soggetti a scambi di massa e stazionari (sistemi in equilibrio). La variazione

 dell’energia interna (U) del sistema è pari al calore fornito al sistema (Q) meno il lavoro compiuto

sull’ambiente esterno → Q-L = U -U = ΔU

fin iniz

Sistemi aperti: soggetti a scambi di massa e stazionari. L’entalpia uscente (H ) meno l’entalpia

 u

entrante (H ) è uguale al calore fornito al sistema (Q) meno il lavoro all’asse compiuto

e

sull’ambiente esterno (L ) → Q-L = ΔU - L = H -H = m(h -h )

a a td u e u e

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA:

Clausius: non si può naturalmente trasferire calore da un corpo freddo a un corpo caldo (in un

 processo ciclico)

Kelvin-Planck: è impossibile trasformare integralmente il calore in lavoro

 Rendimento =

effetto utile/spesa

MACCHINE TERMICHE

Ciclo diretto (MOTORE): calore produce vapore che

 passando in una turbina produce lavoro, ma una parte

del calore viene dispersa → η = = η:

rendimento

PC = PC:

termico potere calorifico

Ciclo inverso (macchina frigorifera, pompa di calore):

 viene fornito lavoro (energia elettrica) a una macchina

che sottrae calore a T minore (macchina frigorifera) e

fornisce calore a T maggiore (pompa di calore)

MACCHINA FRIGORIFERA → ε = =

o ε:

efficienza frigorifera

POMPA DI CALORE → COP = = COP=

o coefficiente di prestazione (coefficient of performance)

Portata massica c=Q /(Δt m) c:

 calore specifico

rendimento

Macchine di Carnot → sos tuisco Q con T (perché sono proporzionali) → più è alto il salto termico

 minore è il rendimento

PSICROMETRIA

STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA Durante i cambi di stato T è costante →

Stati:

 materiali a cambiamento di fase

Solido: volume e forma propri

o Liquido: volume proprio, in campo gravitazionale ha pelo libero(separazione tra fasi liquida

o e aeriforme)

Aeriforme: né volume né forma propri, il volume dipende dalla pressione

o

Relazione tra volume e temperatura → V=V (1+αt) V : α:

 volume a t=0°C coefficiente di dilatazione

0 0

volumica

Diagrammi di stato: PT e PV



L’ARIA UMIDA: aria secca (massa costante, calore sensibile) + vapore acqueo (massa variabile, calore

sensibile e latente)

Variabili psicrometriche:

 Leggi di Dalton: 1. p=p +p p = 101325 Pa

a v atm

Temperatura (t): [°C]

o TITOLO o umidità specifica: rapporto tra massa di vapore e massa di aria secca → x = m /m

o v a

[kg /kg ] legge dei gas perfetti→ p V=m R T R: x=0.622

costante del gas

v a a a a

UMIDITÀ RELATIVA (ϕ o U.R.): ϕ = m /m = p /p [%] p :

o pressione del vapore alla saturazione

v vs v vs vs

x=0.622 NB: p la ricavo da tabella con t

vs

ENTALPIA SPECIFICA (h): contenuto energetico della miscela riferito alla massa di aria secca

o (che non subisce trasformazioni) [kJ/kg] → h = H /m = h +xh = t+x(1.9t+2500)

a+v a a v

Diagramma di Mollier: diagramma psicrometrico (a p ) con t, x, U.R, h

 atm

Temperatura di rugiada (t ) si legge sulla curva di saturazione (ϕ=100%) e sulla isotitolo (x)

o ru

Temperatura di bulbo umido (t ) si legge sulla curva di saturazione (ϕ=100%) e sulla

o bu

isoentalpica (h)

Trasformazioni dell’aria umida: si possono ricavare variazione del contenuto di vapore e il

o calore ceduto o sottratto alla miscela → Δm =m (x -x ) Q=m (h -h )

v a B A a B A

Miscelazione di 2 portate: il punto di miscelazione si trova sulla congiungente dei punti A e

o B e…

 x =

M

 h =

M

DIFFUSIONE DEL VAPORE

MECCANISMI DI DIFFUSIONE DEL VAPORE

̇ ̇

=

LEGGE DI FICK → δ: :

 permeabilità al vapore acqueo portata in massa di vapore

2

RESISTENZA ALLA DIFFUSIONE DEL VAPORE → R = s/δ [m sPa/kg]

 v

2

Permeanza (M): δ/s [kg/m sPa]

 posso sommare le resistenze ma non le permeanze

̇ =

Diffusione del vapore in parete multistrato → =



VERIFICA TERMOIGROMETRICA DI UNA PARETE → usare diagramma Mollier

Proprietà termo igrometriche:

 PERMEABILITÀ al vapore (δ o π) [kg/msPa]

o -12

COEFFICIENTE DI RESISTENZA alla diffusione del vapore μ=δ /δ δ =193 10

o aria mat aria

SPESSORE EQUIVALENTE di aria s =μs

o d

Condensazione superficiale: verificare che t > t oppure p i<p si per evitare che il vapore

 si ru v vs

contenuto nell’aria non condensi a contatto con la superficie interna della parete (con diagramma

Mollier noti t e U.R. porto a U.R.=100% e trovo t )

ru

Resistenza termica addizionale (per l’isolante) → R = - Umax = h

o a i

Condensazione interstiziale (nella massa): verificare che il vapore non condensi all’interno della

 parete o che lo faccia in quantità minima → in tu i pun p <p

v vs

p =p -M(p -p )ΣR p = U.R. ·p p = U.R. ·p p si ricava da tabella con t

vi i vs (tai) ve e vs (tae)

v2 vi vi ve v2 vs

+

t =tai-U(tai-tae)

2

Glaser : in diagramma con Sd in ascissa e p in ordinata confronto retta tra p e p (profilo della

vi ve

pressione di vapore) con le p di ogni strato (profilo della pressione di saturazione)

vs

NORMA UNI 13788:

Dati x calcoli

 t = valori medi mensili

o ae

p = U.R. ·p

o ve e vs (tae)

t = 18°C se t <18°C e no riscaldamento t =20°C se c’è riscaldamento tai=tae≥18°C

o ai ae ai

(estate)

p = ( +0.05) oppure p =p +Δp 1.10

U.R. ·p

o vi vi ve v

i vs (tai)

Verifica condensazione superficiale

 pressione di saturazione minima → p min = p /0.8

o vs vi

t min = t p

o si ru vs

fattore di temperatura sulla superficie interna → f = =

o Rsi

Verifica condensazione interstiziale → Glaser, requisiti:

 Non vi è mai condensazione

o Se vi è condensazione essa evapora d’estate → m ≥m

o evap cond

∗ ∗ ∗ ∗

+ +

m = 3600 24d m = 3600 24d

evap evap cond cond

∗ ∗

In caso contrario inserire barriera al vapore o freno al vapore sul lato caldo dell’isolante

o

INVOLUCRO OPACO

COMPORTAMENTO TERMICO

Trasmissione e accumulo di calore

 Isolamento termico/igrico: attitudine a ridurre la trasmissione del calore/vapore

 Inerzia termica/igrica: attitudine a ridurre e ritardare la trasmissione del calore/vapore, è

 proporzionale alla massa

BILANCIO TERMICO ̇

Q

Senza radiazione solare (inverno) → =AU(tai-tae)

 α

̇

Q

Con radiazione solare → =AU(tai-tsa) tsa: tsa=tae+ α:

 temperatura sole-aria coefficiente di

2

I: h :

assorbimento irradianza [W/m ] coefficiente di scambio liminare esterno

e

CARATTERIZZAZIONE TERMICA (poco importante)

h , che serve per calcolare U, cambia se il flusso è ascendente, orizzontale o discendente, h ha

 i e

invece valori costanti

Valori limite della trasmittanza U sono forniti nell’Allegato C del DL 311/06 in base a zona climatica

 COEFFICIENTE DI ASSORBIMENTO α: può essere riferito a radiazione solare (dipende dal colore

 ̇ ̇

della superficie) o a radiazione infrarossa (dipende dalla rugosità della superficie) → α = =

̇

Inerzia termica

 Esterna: dipende da massa del componente e da isolamento termico

o Interna: dipende da massa dei primi 10 cm di spessore verso l’interno e da posizione

o dell’isolante

DIFFUSIVITÀ termica: in regime non stazionario, sensibilità della temperatura interna a un

 2

materiale alle variazioni in superficie → a = [m /s]

t

2

MASSA FRONTALE MF = = Σρs [kg/m ]

 2

CAPACITÀ TERMICA FRONTALE CF = = = Σρsc [kJ/m K]

 Trasmittanza termica periodica → Yie = Uf

 a

Fattore di attenuazione (f ): indice del flusso che attraversa la parete, più è basso meglio è

 a

Sfasamento termico (ϕ): intervallo di tempo che intercorre tra il picco all’esterno e il picco

 all’interno, più è alto meglio è

PONTI TERMICI

Causati da: diversi materiali in sezione (es laterocemento), discontinuità geometrica (es. angoli),

 interruzioni dell’isolamento (es. balconi, serramenti)

̇ = U(tai-tae) + Ψ l Ψ : [W/mk] l :

 trasmittanza termica lineica lunghezza del ponte termico

k k k k

MATERIALI E TECNICHE DI ISOLAMENTO

Isolamento dall’interno

 Isolamento in intercapedine

 Isolamento a cappotto

 Parete ventilata: lo strato di finitura è collegato alla struttura tramite supporto meccanico,

 formando un’intercapedine ventilata, ha un miglior comportamento estivo

Blocchi isolanti: calcestruzzo alleggerito, calcestruzzo cellulare, laterizio porizzato



INVOLUCRO TRASPARENTE

BILANCIO ENERGETICO

̇

Q

= apporto dovuto a Δt + apporto solare trasmesso + apporto solare assorbito e riemesso

 ̇

Q

= A U (Δt ) + A τI + A N αI A : A : I: τ:

area finestra area vetro irradianza coefficiente di trasmissione

w w a g g i w g

α: N : τ+N α=TSET

coefficiente di assorbimento frazione assorbita e ceduta

i i

PARAMETRI PRESTAZIONALI

Trasmittanza termica → U = l : Ψg:

 perimetro vetro trasmittanza termica lineare (dovuta

w g

U = R :

a distanziatore per vetrocamera in telaio) resistenza intercapedine

g i

con schermi chiusi → U = ΔR: resistenza aggiuntiva dovuta a schermi

ws

Fattore solare TSET o g



COMPONENTE TRASPARENTE

Vetri per il controllo termico: vetri bassoemissivi

 Vetri per il controllo solare e luminoso: vetri colorati in massa(assorbenti), vetri riflettenti

 Vetri per il controllo termico, solare e luminoso: vetri selettivi



BILANCI DI MASSA E DI ENERGIA DELL’AMBIENTE INTERNO, CARICHI

TERMICI E FABBISOGNO ENERGETICO

BILANCI DI MASSA E DI ENERGIA m

̇

Climatizzazione degli ambienti: controllare t, U.R,

 a

Impianti ad acqua (radiatori)

o Impianti ad aria (UTA): si trasforma l’aria esterna e la si immette all’interno

o m

̇ m

̇ m

̇ m

̇ m

̇

Bilancio di massa del vapore acqueo → + + x - x = 0 :

 vapore prodotto da sorgenti

v,i v,H a e a i v,i

m

̇ m

̇

: :

interne vapore prodotto da impianto termico aria secca introdotta per infil