Scuola Universitaria Interdipartimentale in Scienze Strategiche (SUISS)

L'obiettivo dell'insegnamento è quello di fornire una comprensione approfondita delle interazioni tra l'energia e l'ambiente, a scale diverse, sviluppando le competenze necessarie per valutare criticamente l'impiego delle diverse fonti energetiche (fossili e rinnovabili), considerando gli impatti ambientali, le tecnologie di conversione, i fenomeni di scambio termico e la natura degli usi finali, nell’ottica della transizione energetica. Nel dettaglio, gli obiettivi formativi sono:

• La comprensione delle relazioni tra l'utilizzo dell'energia e la produzione di gas serra e inquinanti atmosferici;
• L’individuazione di soluzioni tecniche e strategiche per minimizzare l'impatto ambientale dell'uso dell'energia;
• L’elaborazione di progetti di fattibilità per interventi di efficientamento energetico, bilanciando gli aspetti tecnici, economici e ambientali;

Per quanto riguarda in particolare le fonti energetiche rinnovabili, i principi di funzionamento degli impianti di conversione, la potenzialità delle singole fonti ed i rapporti costi/benefici delle stesse.

Al termine del corso gli allievi avranno acquisito la conoscenza delle fonti energetiche, sia fossili che rinnovabili, comprendendone le caratteristiche, la disponibilità e i relativi impatti ambientali, delle principali tipologie di impianti energetici e delle modalità di scambio termico che interessano i fabbricati edilizi.

In particolare, saranno in grado di:

• Analizzare i processi di produzione, conversione e utilizzo delle diverse fonti energetiche, con particolare attenzione alle emissioni di gas serra (CO2) e inquinanti atmosferici;
• Comprendere i principi della termodinamica: applicare i principi della termodinamica per descrivere i processi di conversione dell'energia;
• Identificare le criticità ambientali: riconoscere le principali problematiche ambientali associate alla produzione e all'utilizzo dell'energia, come l'inquinamento termico e l'effetto serra;
• Progettare soluzioni sostenibili: elaborare studi di fattibilità e progetti per l'efficientamento energetico e l'utilizzo di fonti rinnovabili in diversi settori (edilizia, industria), valutando i benefici economici e ambientali;
• Ottimizzare l'uso dell'energia, in particolare negli edifici: individuare le modalità più efficaci per razionalizzare il consumo energetico negli usi finali.

In sintesi, il corso fornirà agli studenti gli strumenti necessari per affrontare un bilancio energetico di un sistema e dei suoi componenti, per contribuire allo sviluppo di soluzioni innovative e sostenibili.

• Lo scenario energetico italiano
• Lavoro termodinamico, capacità termica e calori specifici.
• Diagrammi di stato. Vapori e gas. Equazione di stato dei gas perfetti.
• Primo principio per sistemi chiusi. Equazione di continuità. Primo principio per sistemi aperti.
• Combustibili e combustione
• Classificazioni e conversioni dell’energia, risorse e riserve energetiche. Fonti energetiche fossili
• Macchine termiche a ciclo diretto
• Macchine termiche a ciclo inverso. Tecnologie per la refrigerazione, pompe di calore e sorgenti termiche.
• Fonti energetiche secondarie.
• Cogenerazione, teleriscaldamento e trigenerazione.
• Aria umida, trasformazioni psicrometriche.
• Ventilazione e trattamento dell’aria.
• Trasmissione del calore: equazione generale della conduzione, scambio liminare, trasmittanza termica, ponti termici.
• Leggi del corpo nero. Corpi grigi. Temperatura media radiante. Termografie.
• Fonti energetiche rinnovabili (energia solare, eolica, idraulica, georisorse, biomasse) e tecnologie correlate.
• Grandezze fotometriche e principi di illuminazione artificiale.
• Grandezze acustiche e protezione dal rumore.

Esercitazioni su:

• Applicazioni del primo principio della termodinamica per sistemi aperti.
• Macchine termiche a ciclo diretto, macchine frigorifere e pompe di calore.
• Trasformazioni psicrometriche ed UTA.
• Calcolo di dimensionamento e calcolo dei consumi di un fabbricato.
• Dimensionamento impianto fotovoltaico integrato in edifici.
• Dimensionamento di un impianto di illuminazione artificiale in esterni.

Il corso è articolato in lezioni teoriche ed esercitazioni con applicazioni di calcolo e valutazioni tecniche di diverse tipologie di impianti.

La verifica dell’apprendimento avviene attraverso da due prove, una scritta ed una orale, che si svolgeranno nel medesimo appello e giorno.

La prova scritta, della durata di 2 ore, verterà su due applicazioni di dimensionamento di sistemi di conversione dell’energia e/o efficientamento energetico sull’esempio di quelle svolte durante le esercitazioni e tre quesiti a risposta aperta. Durante la prova scritta sarà possibile consultare un formulario appositamente predisposto per l’insegnamento ed impiegare la calcolatrice. La valutazione si baserà sulla correttezza del procedimento adottato, dei calcoli di progetto e dei risultati ottenuti, nonché sull’approfondimento delle risposte fornite.

La prova orale verterà sulla discussione degli argomenti teorici del corso. La valutazione si baserà sui contenuti delle risposte fornite, sulla loro estensione e profondità e sulla terminologia utilizzata.

Per superare la verifica dell’apprendimento sarà necessario superare entrambe le prove. La media delle votazioni di ciascuna delle due prove costituirà il voto finale.

Sono previste 14 ore di didattica integrativa svolte dall'ing. Matteo Bilardo.

E' prevista inoltre una visita didattica presso i Laboratori del Gruppo di ricerca TEBE (Technology, Energy, Building and Environment) del Dipartimento Energia "G. Ferraris" del Politecnico di Torino.

I materiali di studio fondamentali per la preparazione dell’esame sono: le slide delle lezioni, le dispense:

• Fracastoro, “Dispense di Fisica Tecnica Ambientale”, Otto editore, Torino, 2003 (4 voll.)

ed il testo:

• Cengel, Boles, Ghajar, Kanoglu, Dall’O, Sarto, Fisica tecnica ambientale - Fisica dell'edificio con elementi di acustica ed illuminotecnica, II edizione, McGraw-Hill, 2025.

Sono inoltre utili, sia per la verifica delle conoscenze sia per approfondimenti, i seguenti riferimenti bibliografici:

• Corrado, Fabrizio, “Fondamenti di termofisica dell’edificio e climatizzazione. Seconda edizione”, Clut, Torino, 2014 (in particolare, capitoli 1, 3, 4 e 5).
• Corrado, Fabrizio, “Applicazioni di termofisica dell’edificio e climatizzazione”, Clut, Torino, 2011
• Stefanutti (a cura di), “Manuale degli Impianti di Climatizzazione”, Tecniche Nuove, Milano, 2007 (in particolare i capitoli 6, 7, 8, 10).
• Boffa, Gregorio, “Elementi di Fisica Tecnica” (2 voll.), Levrotto & Bella, Torino, 1975