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Impianti termotecnici e refrigerazione industriale

01NIMNE

A.A. 2021/22

2021/22

Impianti termotecnici e refrigerazione industriale

Insegnamento dell’orientamento “Progettazione di impianti”, che analizza le applicazioni di interesse industriale in campo termotecnico (in particolare componenti e impianti per la climatizzazione e la refrigerazione). Si propone anche di fornire le conoscenze e le abilità per impostare il progetto di impianti termotecnici, utilizzando in particolare quale esempio applicativo l’impianto di climatizzazione di un edificio industriale a destinazione mista produttiva e uffici.

Impianti termotecnici e refrigerazione industriale

The subject, which is part of the specialisation in "Plant design" discusses the industrial applications of thermotechnics, with particular emphasis on equipment and systems for climatisation and refrigeration. The subject also aims at providing the know-how to develop design capabilities, using as a case study the Heating, Ventilating, and Air Conditioning (HVAC) system of an industrial building including manufacturing and office spaces.

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Conoscere i dati di progetto dell’impianto e le tecniche per il calcolo dei carichi termici (con i riferimenti normativi applicabili). Identificare le tipologie d’impianto idonee per l’applicazione in esame. Definire le logiche di funzionamento e regolazione dell’impianto. Dimensionare (ed eventualmente scegliere a catalogo) i principali componenti e sottosistemi dell’impianto. Documentare il progetto attraverso una relazione di calcolo ed elaborati grafici (piante, sezioni, schemi funzionali, ecc.). Conoscere gli aspetti di sicurezza, affidabilità, efficienza energetica e impatto ambientale sottesi alla gestione dell’impianto. Conoscere le proprietà dei fluidi refrigeranti utilizzati nelle varie tipologie di impianti frigorigeni e le caratteristiche costruttive e prestazionali di questi ultimi.

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Know the design data of the system and the methods for the thermal loads calculation (with reference to applicable technical standards). Identify the system typologies suitable for a given application. Define the system operation and control logics. Dimensioning, and possibly select from catalogues, the main components and subsystems. Present the design results with a technical report and graphical representation (plans, sections, functional schemes, etc.). Know the safety, reliability, energy efficiency and environmental impact aspects related to system operation. Know the properties of refrigerant fluids utilised in various types of equipment and systems and their constructive and performance characteristics.

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L’allievo deve conoscere le nozioni di Termodinamica, Trasmissione del Calore e Meccanica dei Fluidi, oggetto dei corsi base della Laurea Triennale in Ingegneria Meccanica o Energetica.

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The student should know the fundamental concepts of Thermodynamics, Heat Transfer, and Fluid Mechanics, which are the object of introductory courses offered in Bachelor’s programs in Mechanical or Energy Engineering.

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IMPIANTI TERMOTECNICI – Struttura degli impianti termotecnici. Figure coinvolte nel progetto, realizzazione e gestione degli impianti. – Dati di Progetto. Calcolo del carico termico in condizioni invernali ed estive. – Tipologie di impianti di climatizzazione: caratteristiche costruttive e funzionali, criteri di dimensionamento. – Distribuzione dell’aria. – Distribuzione dell’acqua. – Centrali termiche e frigorigene. – Affidabilità, sicurezza, efficienza energetica, impatto ambientale degli impianti termotecnici. REFRIGERAZIONE INDUSTRIALE - Cicli inversi a compressione di vapore. Cicli a doppia compressione di vapore. Cicli in cascata. – Fluidi frigorigeni. Fluidi puri, miscele azeotropiche, miscele zeotropiche. Compatibilità ambientale dei fluidi frigorigeni. – Dispositivi di un impianto frigorifero. Dispositivi per la laminazione del vapore, compressori, condensatori, evaporatori, sistemi di accumulo. – Le macchine frigorifere ad assorbimento. Cicli a acqua – ammoniaca (NH3-H2O) e acqua – bromuro di litio (H2O-LiBr): rappresentazione in diagramma p-1/T. Analisi dei cicli NH3-H2O mediante i diagrammi entalpia – concentrazione ed entropia – concentrazione. – La catena del freddo nella conservazione delle derrate alimentari e gli impianti per la refrigerazione commerciale.

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THERMAL SYSTEMS – Structure of thermal systems. Subjects involved in system design, construction, and operation. – Design data. Calculation of heating and cooling loads. – HVAC system typologies. Constructive and performance characteristics, design criteria. – Air distribution. – Water distribution. – Heating and cooling central plants. – Reliability, safety, energy efficiency, and environmental impact of thermotechnical systems. REFRIGERATION SYSTEMS – Inverse vapour compression refrigeration cycles. Two stage vapour compression cycles. Cascade cycles. – Refrigerant fluids. Pure substances, azeotropic and zeotropic mixtures. Environmental compatibility of refrigerant fluids. – Components of a refrigeration plant. Vapour expansion devices, compressors, evaporators, condensers, storage systems. – Absorption refrigeration equipment. Water-ammonia (NH3-H2O) and water-lithium bromide (H2O-LiBr) cycles: representation in the p-1/T diagram. NH3-H2O cycle analysis using the enthalpy-concentration and entropy-concentration diagrams. – The cold chain in food storage and distribution; commercial refrigeration systems.

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Impianti termotecnici e refrigerazione industriale

L’esercitazione pratica sulla parte relativa agli Impianti Termotecnici, che deve essere svolta in gruppi di 2-3 studenti, riguarda lo sviluppo del progetto dell’impianto di climatizzazione per un edificio industriale a destinazione produttiva e uffici. L’elaborato sarà oggetto di esame. Per la parte di Refrigerazione Industriale è richiesto lo sviluppo, in forma individuale, di tre esercitazioni di calcolo articolate sui cicli termodinamici trattati nel corso. Le esercitazioni sono obbligatorie e costituiscono oggetto di esame.

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The practical design exercise about Thermal Systems design concerns the HVAC system for an industrial building, including manufacturing and office spaces. It has to be developed in groups of 2-3 students. The design concept and the installation design will be matter of the final exam. About Refrigeration Systems, the topics related to industrial and commercial refrigeration will be complemented by three structured calculation exercises on thermodynamic refrigeration cycles. The exercises are matter of the final exam.

Impianti termotecnici e refrigerazione industriale

Il materiale didattico (dispense, presentazioni, leggi, normative, articoli, documentazione tecnica, materiale per l’esercitazione di progetto) è messa a disposizione attraverso il portale e il Centro Stampa. E’ inoltre fornita una bibliografia di riferimento per gli approfondimenti.

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Teaching material (lecture notes, presentations, article of law, standards, technical documentation, material for the design exercise) is made available through the Portal and the Centro Stampa. A bibliography is provided for further individual study.

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato grafico prodotto in gruppo; Elaborato progettuale in gruppo;

Impianti termotecnici e refrigerazione industriale

L’esame è orale. Si divide in due moduli indipendenti fra di loro, denominati, rispettivamente, Impianti Termotecnici e Refrigerazione Industriale. Prima parte: Impianti Termotecnici. Ogni gruppo presenta il progetto dell’impianto di climatizzazione oggetto dell’esercitazione pratica (palazzina uffici e capannone industriale). Alla presentazione, della durata di circa 30 minuti, devono obbligatoriamente partecipare tutti gli studenti che costituiscono il gruppo di lavoro. Gli studenti dovranno consegnare e illustrare la relazione tecnica e gli elaborati grafici (piante e sezioni più schema funzionale della centrale), evidenziando e giustificando le caratteristiche peculiari delle soluzioni impiantistiche adottate. Il voto di questa parte è uguale per tutti i componenti del gruppo (si valutano il progetto e l’esposizione). Seconda parte: Refrigerazione Industriale. La prova consta di almeno due domande, di cui la prima relativa alle esercitazioni sui cicli termodinamici (si chiede di spiegare e giustificare il procedimento con cui si svolge un argomento di una delle esercitazioni). A questa prima domanda gli studenti dovranno rispondere in 30 minuti per scritto, senza poter consultare nessun tipo di materiale. L’orale prosegue immediatamente dopo per circa 20 minuti con altre domande, riguardanti tutti gli argomenti del corso. Per la parte di Refrigerazione la valutazione è individuale. Il voto finale si ottiene dalla media dei voti riportati nei due colloqui, mediante la tabella seguente (i due moduli hanno lo stesso peso). Tabella per il voto finale (standard grade point average) 30L 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 30L 30L 30 30L 30 29 30 29 29 28 30 29 28 28 27 29 28 28 27 27 26 29 28 27 27 26 26 25 28 27 27 26 26 25 25 24 27 27 26 26 25 25 24 24 23 27 26 26 25 25 24 24 23 23 22 26 25 25 25 24 24 23 23 22 22 21 26 25 24 24 24 23 23 22 22 21 21 20 25 24 24 23 23 23 22 22 21 21 20 20 19 24 24 23 23 22 22 22 21 21 20 20 19 19 18 24 23 23 22 22 21 21 21 20 20 19 19 18 18

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Exam: Compulsory oral exam; Group graphic design project; Group project;

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The final exam, in oral form, is split into two separate sections, named respectively Thermal Systems and Refrigeration Systems. First part: Thermal Systems. This section consists of a discussion on the practical design exercise HVAC system of an industrial building including manufacturing and office spaces. The oral presentation will last about 30 minutes. All the working group students will participate together. The technical report and the design drawings will be delivered and explained, focusing on the plant selections peculiarities. For this section all the working group students will obtain the same mark. Second part: Refrigeration Systems. The oral test includes at least two questions. The first one lasts 30 minutes: it will concern the calculation exercises. More topics will be examined in the following 20 minutes. Each student will receive an individual mark in this section. The final evaluation is obtained by the grade point average; both sections prominence is the same (see the table). (standard grade point average) 30L 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 30L 30L 30 30L 30 29 30 29 29 28 30 29 28 28 27 29 28 28 27 27 26 29 28 27 27 26 26 25 28 27 27 26 26 25 25 24 27 27 26 26 25 25 24 24 23 27 26 26 25 25 24 24 23 23 22 26 25 25 25 24 24 23 23 22 22 21 26 25 24 24 24 23 23 22 22 21 21 20 25 24 24 23 23 23 22 22 21 21 20 20 19 24 24 23 23 22 22 22 21 21 20 20 19 19 18 24 23 23 22 22 21 21 21 20 20 19 19 18 18

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Modalità di esame: Elaborato grafico prodotto in gruppo; Elaborato scritto individuale; Elaborato progettuale in gruppo;

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L'esame si divide in due moduli indipendenti fra di loro, denominati, rispettivamente, IMPIANTI TERMOTECNICI e REFRIGERAZIONE INDUSTRIALE. Ciascun modulo consiste nella redazione di un lavoro scritto, da inviare ai docenti del corso mediante la posta elettronica istituzionale del Politecnico. PRIMA PARTE: IMPIANTI TERMOTECNICI. Questa sezione consiste in un lavoro scritto di gruppo. Ogni gruppo presenta il progetto dell’impianto di climatizzazione oggetto dell’esercitazione pratica (palazzina uffici e capannone industriale): il gruppo dovrà inviare la relazione tecnica e gli elaborati grafici (piante e sezioni più schema funzionale della centrale) in formato pdf. Dovrà inoltre allegare una presentazione sintetica del progetto, in formato ppt o pdf, con l'obiettivo di evidenziare e giustificare le caratteristiche peculiari delle soluzioni impiantistiche adottate. Il voto di questa parte è uguale per tutti i componenti del gruppo (si valutano il progetto e la presentazione grafica). SECONDA PARTE: REFRIGERAZIONE INDUSTRIALE. questa sezione consiste in un lavoro scritto individuale. Ogni studente presenta una tesina (in formato word o pdf), in cui dovrà rispondere a cinque domande a scelta, estratte da un elenco che sarà messo a disposizione sul portale della didattica, di cui due sulle esercitazioni obbligatorie e tre su argomenti vari della parte di Refrigerazione Industriale (non dovranno ripetersi gli argomenti). Per la parte di Refrigerazione la valutazione è individuale. Il voto finale si ottiene dalla media delle valutazioni riportate nei due colloqui mediante la tabella seguente (i due moduli hanno lo stesso peso). Tutte le valutazioni saranno comunicate individualmente agli interessati,mediante la posta elettronica istituzionale del Politecnico. Tabella per il voto finale 30L 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 30L 30L 30 30L 30 29 30 29 29 28 30 29 28 28 27 29 28 28 27 27 26 29 28 27 27 26 26 25 28 27 27 26 26 25 25 24 27 27 26 26 25 25 24 24 23 27 26 26 25 25 24 24 23 23 22 26 25 25 25 24 24 23 23 22 22 21 26 25 24 24 24 23 23 22 22 21 21 20 25 24 24 23 23 23 22 22 21 21 20 20 19 24 24 23 23 22 22 22 21 21 20 20 19 19 18 24 23 23 22 22 21 21 21 20 20 19 19 18 18

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Exam: Group graphic design project; Individual essay; Group project;

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The final exam, in oral form, is split into two separate sections, named respectively THERMAL SYSTEMS and REFRIGERATION SYSTEMS. Each section consists in a written work, to be delivered to the course professors using Politecnico institutional email. FIRST PART: THERMAL SYSTEMS. This section consists in a written group work. Each group will submit the practical design exercise (HVAC system of an industrial building including manufacturing and office spaces), that will include the technical report and the design drawings, in pdf format. A schematic introduction will also be delivered (ppt or pdf format), focusing on the plant selections peculiarities. For this section all the working group students will obtain the same mark. SECOND PART: REFRIGERATION SYSTEMS. This section consists in a written individual work. Each student will submit an essay (word or pdf format), answering five questions (from a list available in the course web site), two questions dealing with subjects of the structured calculation exercises and three questions focused on other topics of Refrigeration Systems. Each student will receive an individual mark in this section. The final evaluation is obtained by the grade point average; both sections prominence is the same (see the table). Each student will be individually informed about his marks, using Politecnico institutional email. Table for standard grade point average 30L 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 30L 30L 30 30L 30 29 30 29 29 28 30 29 28 28 27 29 28 28 27 27 26 29 28 27 27 26 26 25 28 27 27 26 26 25 25 24 27 27 26 26 25 25 24 24 23 27 26 26 25 25 24 24 23 23 22 26 25 25 25 24 24 23 23 22 22 21 26 25 24 24 24 23 23 22 22 21 21 20 25 24 24 23 23 23 22 22 21 21 20 20 19 24 24 23 23 22 22 22 21 21 20 20 19 19 18 24 23 23 22 22 21 21 21 20 20 19 19 18 18

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Modalità di esame: Elaborato grafico prodotto in gruppo; Elaborato scritto individuale; Elaborato progettuale in gruppo;

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Non prevista modalità presenziale. Vedi "Criteri, regole e procedure per l'esame in remoto".

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Exam: Group graphic design project; Individual essay; Group project;

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Onsite exam not provided. See "Assessment and grading criteria for online exam".

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