Fisica tecnica - Esercizi Bilanci

Fisica tecnica ambientale

Esercitazione 4

Bilanci 21/11/2016

Esercizio 1

Una finestra di area pari a 5 m² è costituita da un telaio in legno (U = 2 W/m²K, A = 0,5 m²) e da un vetro semplice (U =

6 W/m²K, TSET = 0,87, A = 4,5 m²).

Sapendo che durante una giornata d’inverno la temperatura interna è pari a 20 °C, la temperatura esterna media è pari a

°C, l’irraggiamento giornaliero sulla finestra è pari a 7 MJ/(m²d), la portata d’aria (ρ = 1,25 kg/m³) che s’infiltra

-2

attraverso il serramento è pari a 40 m³/h, si calcolino:

a) le dispersioni termiche giornaliere per trasmissione (in MJ);

b) le dispersioni termiche giornaliere per ventilazione (in MJ);

c) gli apporti solari giornalieri (in MJ).

Esercizio 2 di lato e altezza 3 m, una persona svolge un’attività assimilabile ad un lavoro

In un locale a pianta quadrata di 6 m

d’ufficio. Confinano con l’esterno la copertura (U 2 2

= 0,4 W/(m K)) e due pareti (U = 0,5 W/(m K)), delle quali una

cop par

2 2

sola presenta una finestra di 3 m (U = 2,2 W/(m K)). Il coefficiente di assorbimento solare delle superfici opache

fin

esterne (pareti e copertura) è pari a 0,6.

Le altre due pareti e il pavimento sono adiabatici. Gli apporti solari entranti in ambiente attraverso la finestra sono pari a

dell’ambiente sono controllate da un impianto di condizionamento ad aria che

340 W. Le condizioni termo-igrometriche

immette una portata di 9∙10 kg/s d’aria avente entalpia specifica pari a 64 kJ/kg al fine di mantenere in ambiente una

-3

temperatura di 20 °C quando all’esterno 2 °C e sui componenti d’involucro incide un’irradianza

la temperatura è pari a -

2

solare pari a 150 W/m . Si chiede di determinare:

il flusso termico trasmesso attraverso gli elementi opachi dell’involucro (pareti opache e copertura) in presenza

a) della radiazione solare;

b) il flusso termico trasmesso attraverso la finestra per differenza di temperatura;

l’entalpia specifica dell’aria interna.

c) 2

Si assuma pari a 23 W/m K il valore del coefficiente di scambio termico liminare esterno.

Esercizio 3 ) è raffrescato da un impianto ad acqua che mantiene all’interno una temperatura di 26 °C

3

Un locale (V = 230 m

sottraendo dall’ambiente una potenza termica di 2 kW. Il locale presenta una sola parete disperdente di 40 m 2 che

confina con l’ambiente esterno che si trova a temperatura di 35 °C. Sulla parete incide un’irradianza solare di 150 W/m 2 .

2

La parete è opaca per il 70% e trasparente per il 30%; la trasmittanza termica della parte opaca vale 0,5 W/(m K); la

2

trasmittanza termica della parte trasparente vale 2,1 W/(m K); il coefficiente di assorbimento solare della superficie

esterna opaca è pari a 0,3; la trasmittanza di energia solare totale (TSET) della superficie trasparente è pari a 0,65. Il

con un tasso di ricambio d’aria pari a 0,3 vol/h e sono presenti sorgenti interne di calore.

locale è ventilato naturalmente

Si chiede di determinare:

a) gli apporti solari attraverso la parte trasparente della parete;

b) il flusso termico trasmesso per differenza di temperatura attraverso la parte opaca della parete (considerando il

contributo della radiazione solare sulla superficie);

c) il flusso termico trasmesso per differenza di temperatura attraverso la parte trasparente della parete;

d) la potenza termica sensibile prodotta dalle sorgenti interne di calore.

2

Si assuma pari a 25 W/(m K) il coefficiente di scambio termico superficiale esterno.

Esercizio 4 confinante con l’ambiente esterno che si trova a

2

Un ambiente è caratterizzato da una sola parete disperdente di 30 m

temperatura di 32 °C. La parete disperdente è in parte opaca e in parte trasparente. La trasmittanza termica della

2 2

superficie trasparente è pari a 2,8 W/(m K), quella della superficie opaca è pari a 0,65 W/(m K). Il flusso termico

opaca della parete è pari a 90 W. L’ambiente, in cui sono presenti 7 persone che

trasmesso attraverso la superficie

svolgono lavoro d’ufficio, è mantenuto a temperatura di 26 °C e umidità relativa del 50% attraverso un impianto di

condizionamento a tutt’aria che immette una portata di 0,2 kg/s. Si trascurino gli apporti solari.

Si determini:

l’area della superficie opaca e l’area della superficie trasparente della parete esterna disperdente;

a)

b) la portata di vapore prodotta in ambiente dalle persone;

l’umidità specifica dell’aria immessa in ambiente dall’impianto di condizionamento;

c) l’entalpia specifica dell’aria immessa in ambiente dall’impianto di condizionamento.

d)

Esercizio 5

Un locale a pianta quadrata, di lato pari a 6 m e altezza pari a 3 m, è riscaldato a temperatura di 20 °C ed è posto sul

piano intermedio di un edificio: presenta due pareti, il pavimento ed il soffitto adiabatici. Le altre due pareti confinano

con l’ambiente esterno e sono orientate, rispettivamente, a nord e ad est, e ciascuna delle due è per il 60% finestrata. La

2

conduttanza termica delle pareti opache è 0,4 W/m K e i coefficienti di scambio termico liminare interno h ed esterno

i

2

h valgono rispettivamente 8 e 25 W/m K. La superficie finestrata è caratterizzata da una trasmittanza termica pari a 2

e 2

W/m K. che l’edificio è sito a Torino (t 8°C) e che la destinazione d’uso è residenziale, per la quale il tasso di

Considerando = -

ep

ventilazione è fissato pari a 0,5 vol/h, calcolare:

la potenza termica dispersa per trasmissione verso l’esterno in condizioni invernali

a) di progetto;

b) il carico termico invernale di progetto del locale;

c) il numero di elementi radianti che compongono il radiatore da installare, sapendo che ciascun elemento radiante

è caratterizzato da una capacità Φ = 150 W.

el

potenza termica dispersa per trasmissione si trascuri l’effetto dei ponti termici, ma si

Per la determinazione della

consideri l’effetto dell’esposizione (si applichi un fattore di correzione per l’esposizione nord di 1,20 ed un fattore di

correzione per l’esposizione est di 1,10).

Esercizio 6

Un locale a forma parallelepipeda di dimensioni in pianta 4x6 m e altezza 3 m è caratterizzato da due pareti adiacenti,

pavimento e soffitto adiabatici, mentre le altre due pareti confinano con l’ambiente esterno a -5 °C e su di esse incide

un’irradianza solare di 100 W/m 2 2

. Ciascuna delle due pareti disperdenti presenta una finestra di 1 m . La trasmittanza

2

termica della parte opaca delle pareti è 0,8 W/(m K) e il coefficiente di assorbimento solare della superficie esterna è

2

pari a 0,6. Le finestre hanno trasmittanza termica di 2,5 W/(m K) e TSET pari a 0,75. Il locale è occupato da due

persone che svolgono lavoro d’ufficio ed è ventilato con aria esterna (n = 1 vol/h). Sapendo che il locale è riscaldato

all’interno una temperatura di 20 °C, si chiede di determinare:

con un impianto ad acqua che mantiene

a) il flusso solare entrante attraverso le finestre;

il flusso termico trasmesso per differenza di temperatura attraverso l’involucro edilizio (pareti opache e

b) finestre);

c) il flusso termico relativo alla ventilazione;

la potenza termica fornita dall’impianto.

d) 2

Si assuma pari a 25 W/(m K) il coefficiente di scambio termico superficiale esterno.

Esercizio 7 2

Un ambiente (superficie di pavimento pari a 18 m ) è occupato da 2 persone che producono ciascuna una potenza

termica sensibile di 95 W e una portata di vapore acqueo di 75 g/h. Nell’ambiente sono inoltre installate alcune

(riferita all’area di

2

apparecchiature che producono complessivamente una potenza termica sensibile pari a 10 W/m

Un impianto di climatizzazione a tutt’aria immette in ambiente una portata d’aria di valore incognito avente

pavimento).

entalpia specifica pari a 58 kJ/kg, al fine di mantenere in ambiente una temperatura di 21 °C e un’umidità relativa del 55%

quando all’esterno la temperatura è 4 °C. L’ambiente è delimitato da un involucro disperdente di superficie complessiva

2 2

pari a 50 m , avente una trasmittanza termica media pari a 0,8 W/(m K). Si trascurino gli apporti solari. Si chiede di

calcolare:

l’entalpia specifica dell’aria interna (determinazione analitica);

a)

b) la potenza termica globale (sensibile + latente) prodotta dalle sorgenti interne di calore (persone +

apparecchiature);

il flusso termico trasmesso attraverso l’involucro edilizio;

c)

la portata d’aria immessa in ambiente dall’impianto di climatizzazione.

Esercizio 8

Un ambiente di forma parallelepipeda a pianta quadrata (lato 5 m, altezza 3 m) ha due pareti che confinano con

l’ambiente esterno che si trova a 32 °C, mentre le altre due pareti, il soffitto e il pavimento sono superfici adiabatiche.

sulla quale incide un’irradianza solare di 150 W/m

2 2

Una delle due pareti esterne ha una finestra di 3 m . Si trascuri il

contributo dell’irradianza solare sulla parte opaca delle pareti. La trasmittanza termica della finestra 2

(U ) è 2,5 W/(m K),

w

la trasmittanza di energia solare totale del vetro (g o TSET) è 0,65, la trasmittanza termica della parete opaca (U ) è 0,4

op

K). L’ambiente è ventilato naturalmente con un tasso di ricambio d’aria pari a 0,5 vol/h, ed è raffrescato

2

W/(m con un

impianto che controlla la sola temperatura e sottrae dall’ambiente una potenza termica di 500 W. Considerando che non

vi sono occupanti né altra sorgente di calore all’interno dell’ambiente, si chiede di calcolare:

a) gli apporti solari entranti in ambiente attraverso la finestra;

la portata d’aria di ventilazione in kg/s;

b) la temperatura dell’aria interna;

c) il flusso termico trasmesso attraverso l’involucro edilizio (finestra e parte opaca delle pareti esterne) per

d) differenza di temperatura.