B026253 - PROCESSI ENERGETICI PER L'AMBIENTE

ITALIANO

Processi di conversione energetica ad alto impatto ambientale (per diffusione e/o dimensione) quali impianti frigoriferi e pompe di calore, cogeneratori e all’utilizzo più efficiente delle risorse energetiche primarie.
Aspetti fondamentali relativi all'analisi energetica degli edifici e dei relativi impianti termici.

Dispense del corso. I libri di testo sono eventualmente suggeriti nelle dispense per i vari argomenti.
Tutto il materiale è reperibile su moodle e-l del corso https://e-l.unifi.it/course/view.php?id=2558

Completare la formazione energetica dell’ingegnere ambientale con le conoscenze relative ai processi di conversione energetica ad alto impatto ambientale (per diffusione e/o dimensione) quali impianti frigoriferi e pompe di calore, cogeneratori e all’utilizzo più efficiente delle risorse energetiche primarie, impianti combinati gas/vapore, ai cicli turbogas rigenerativi, generatori di vapore e le torri di raffreddamento.
fornire le competenze di base necessarie per l’approccio alle problematiche relative al consumo energetico degli edifici, in particolare per il riscaldamento, con cenni al raffrescamento. Acquisizione dei concetti base (gradi giorno, trasmittanza, rendimenti stagionali ecc) che consentono di affrontare in maniera razionale e consapevole le tematiche relative al consumo energetico degli edifici e gli accorgimenti per ridurli.

Conoscenze (termodinamica e scambio termico) acquisite nei corsi a carattere energetico nella laurea di primo livello.
Conoscenze relative all’aria umida (psicrometria).

Lezioni frontali, esercitazioni, eventuali seminari e/o visite didattiche su specifici argomenti

Tutte le informazioni e le comunicazioni, nonché il materiale didattico, sono reperibili su moodle e-l del corso
https://e-l.unifi.it/course/view.php?id=2558

Esame orale: 2-3 domande sugli argomenti del corso, inclusa l'impostazione della risoluzione di un problema applicativo

1. Impianti frigoriferi (circa 6 ore) – Coefficiente di Prestazione. Cicli a compressione semplice e perfezionati. Cicli ad assorbimento. Pompe di calore. Fluidi frigoriferi e compatibilità ambientale.

2. Impianti e componenti per la produzione di energia elettrica e termica e loro impatto ambientale: valutazione e possibili soluzioni per il miglioramento delle prestazioni energetiche:
a. Cogenerazione di energia elettrica e termica (circa 4 ore) – Aspetti legislativi e valutazione delle prestazioni. Soluzioni con impianti a vapore, turbine a gas e motori a combustione interna. Cenni alla regolazione dei carichi (analisi dinamica).
b. Microcogenerazione (circa 4 ore): soluzioni per la produzione di energia elettrica e termica distribuita di piccola taglia (microturbine a gas, cicli ORC). Utilizzo di calore a bassa temperatura (cicli ORC).
c. Cicli combinati gas vapore (circa 3 ore) – Soluzioni a recupero ed interventi di repowering. Rendimento del ciclo combinato. Rendimento della caldaia a recupero. Bilanci delle caldaie a recupero.
d. Generatori di vapore (circa 3 ore): circuito aria-fumi ed acqua-vapore. Circolazione naturale, assistita e forzata. Corrosione e pulizia dei generatori di vapore. Rendimento dei generatori di vapore: metodo diretto ed indiretto con calcolo delle perdite.
e. Torri di raffreddamento (circa 3 ore) – Tipologia, principio di funzionamento e dimensionamento preliminare.
3. Complementi di scambio termico (circa 5 ore). Conducibilità di solidi/liquidi/gas, dipendenza dalla temperatura. Convezione: richiamo dei principi, numeri dimensionali. Convezione forzata e naturale. Coefficiente globale di scambio. Scambiatori di calore a superficie; efficienza , unità di scambio termico NTU. Metodo di dimensionamento NTU-e, effetti della capacità termica.

1) Scambio termico (circa 3 ore): richiami dei concetti base, reti di resistenze termiche, contributo combinato convezione+irraggiamento, isolamento di pareti e serramenti, materiali isolanti.
2) Prestazioni energetiche degli edifici (circa 12 ore): involucro edilizio e suo bilancio termico; condizioni di progetto per riscaldamento e raffrescamento degli ambienti; carichi termici degli edifici; scambio termico conduttivo-convettivo attraverso pareti opache e trasparenti e le relative perdite (pareti verticali, tetti, fondazioni, finestre, porte); pareti composite; gli apporti gratuiti di macchinari e persone; gli apporti solari; calcolo della temperatura di parete equivalente (Tsol-air); dispositivi di ombreggiamento; infiltrazioni esterne: ricambi d’aria; approccio al calcolo di progetto e di consumo energetico degli edifici; gradi giorno e zone climatiche; calcolo del fabbisogno termico dell’edificio; cenni alle normative nazionali ed europee.
3) Gli impianti (circa 10 ore): il rendimento medio stagionale degli impianti; la serie dei rendimenti dall’erogazione alla generazione del calore: dipendenza dei singoli valori dalle caratteristiche ambientali ed impiantistiche; scelta dei generatori e calcolo del consumo di energia primaria per riscaldamento e produzione acqua calda sanitaria; sistemi di regolazione degli impianti e relativi rendimenti; cenno alle normative; concetto di sistema centralizzato e autonomo; impianti ad alta efficienza; esempi d’impostazione di diagnosi energetica degli edifici. Applicazione dell’analisi dinamica di impianti e sistemi edificio – impianto.
4) Gli impianti e i sistemi non convenzionali (circa 6 ore): pompe di calore, integrazione con energie rinnovabili (geotermico, solare termico, fotovoltaico). Cenni a possibile integrazione coi sistemi di cogenerazione e riutilizzo del calore a bassa temperatura di cui all’altra parte del corso. Fondamenti di analisi dinamica del sistema edificio – impianto (seminario 3 ore).