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PORTALE DELLA DIDATTICA

Fisica tecnica per le costruzioni edili

01UTKMH

A.A. 2021/22

2021/22

Fisica tecnica per le costruzioni edili

Il corso si propone di fornire le conoscenze tecnico-scientifiche di base e di sviluppare le capacità progettuali nell’ambito delle costruzioni edili nei settori della illuminotecnica, dell'acustica dell'ambiente esterno e confinato, della trasmissione del calore e della termodinamica/controllo ambientale. L’obiettivo didattico è quello di far acquisire allo studente: - la conoscenza dei fenomeni ambientali di carattere acustico e luminoso in rapporto alla percezione umana ed al progetto. - la conoscenza dei fenomeni ambientali di carattere energetico e termoigrometrico. - la capacità di impostare bilanci di massa ed energia per l'ambiente costruito. - la capacità di condurre analisi termo energetiche di base dei componenti di involucro e dei sistemi edificio impianto.

Fisica tecnica per le costruzioni edili

The course aims at providing students with basic technical and scientific knowledge and at developing design skills in the fields of lighting, environmental and building acoustics, heat transfer and thermodynamics. The educational objective is to provide students with: - knowledge of sound and light environmental phenomena in relation to the human perception and to design. - knowledge of energy and thermo-hygrometric environmental phenomena. - skills to analyse mass and energy balance for the built environment. - knowledge about the energy and heat analysis of building envelope components and mechanical systems.

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Conoscenza dei principi teorici fondamentali nonché degli strumenti di valutazione quantitativa e dei dati di riferimento principali nei settori della illuminotecnica, dell'acustica dell'ambiente esterno e confinato, della trasmissione del calore e della termodinamica. Capacità di eseguire bilanci di energia e massa, valutazioni di massima sulla caratteristiche dell’ambiente luminoso ed acustico. Capacità di elaborare soluzioni progettuali di massima, ottimizzate anche sotto il profilo energetico/ambientale, per i principali problemi di natura fisico-tecnica che si presentano oggi agli operatori del settore.

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Knowledge of basic theoretical principles as well as of quantitative assessment tools and of the main reference data in the areas of lighting, environmental and building acoustics, heat transfer and thermodynamics. Ability to calculate mass and energy balances, rough estimation of visual and acoustic environment features. Ability to develop rough design solutions, also optimized in terms of energy / environment, for the main physical-technical problems faced by today's professionals.

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Fondamenti di fisica, chimica, analisi matematica

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Fundamentals of physics, chemistry, mathematical analysis.

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Elementi di illuminotecnica: sistema energetico e sistema fotometrico, curva di visibilità, sorgenti naturali, fattore di luce diurna, sorgenti artificiali, lampade a basso consumo energetico, apparecchi illuminanti, efficienza luminosa, analisi costo/benefici, altri parametri di caratterizzazione. Criteri progettuali per l'illuminazione artificiale di interni ed esterni. Elementi di acustica: grandezze fondamentali, meccanismo dell'udito, sensazioni auditive, audiogramma normale. Fonoassorbimento e fonoisolamento, caratteristiche di assorbimento e di attenuazione acustica dei materiali. Calcolo del tempo di riverberazione in un ambiente chiuso (formula di Sabine) e scelta del suo valore ottimale. Calcolo del fonoisolamento tra due ambienti chiusi adiacenti. Criteri progettuali per interventi di acustica architettonica. Valutazione del rumore, Livello equivalente e Curve di ponderazione Fondamenti di termodinamica ed energetica edilizia: equazioni di conservazione. Trasformazioni termodinamiche reversibili e non, lavoro e calore. I° principio della termodinamica per sistemi chiusi e aperti. Energia interna ed entalpia. II° principio della termodinamica. Entropia. Diagramma delle fasi, liquidi e vapori, gas ideali. Macchine termiche a ciclo diretto e inverso (pompe di calore, macchine frigorifere). Concetto di efficienza. Psicrometria e Controllo Ambientale: proprietà dell'aria umida. Diagramma di Mollier per l'aria umida. Trasformazioni di riferimento per il controllo dei parametri termoigrometrici dell'aria. Cenni sulle tipologie impiantistiche per la climatizzazione degli ambienti. Elementi di scambio termico: conduzione. Convezione forzata e naturale. Irraggiamento, corpo nero, scambio termico per irraggiamento fra corpi neri e grigi. Scambio Termico in Componenti Edilizi: Proprietà radiative dei vetri. Trasmittanza termica e calcolo del profilo di temperatura in una parete piana multistrato. Scambi termici in presenza di radiazione solare, Temperatura sole-aria. Transitori termici a capacità concentrata. Cenni sul bilancio termico e di massa di un edificio, carichi sensibili / latenti. Diffusione del vapore nelle strutture edilizie: legge di Fick, condensazione superficiale ed interstiziale. Diagramma di Glaser.

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Lighting: energy system and photometric system, visibility curve, daylight sources, daylight factor, artificial sources, energy-saving lamps, lighting fixtures, lighting efficiency, cost / benefit analysis, other characterization parameters. Design criteria for artificial lighting of interiors and exteriors. Acoustics: fundamental quantities, hearing mechanism, auditory sensations, normal audiogram. Sound absorption and sound insulation, absorption characteristics and acoustic attenuation of the materials. Calculation of the reverberation time in a closed environment (Sabine formula) and choice of its optimum value. Calculation of sound insulation between two adjacent enclosed spaces. Design criteria for architectural acoustics interventions. Noise rating, equivalent level and weighting curves. Fundamentals of thermodynamics and energy efficiency in building: conservation equations. Reversible thermodynamic transformations and not, work and heat. The first law of thermodynamics for closed and open systems. Internal energy and enthalpy. II Law of Thermodynamics. Entropy. Diagram of the phases, liquid and vapour, ideal gases. Thermal machines in direct and reverse cycle (heat pumps, chillers). Concept of efficiency. Psychrometrics and indoor environmental control: moist air properties. Mollier diagram for moist air. Reference transformations for air hygrothermal parameters control. Outline of the system types for building air-conditioning. Elements of heat transfer: conduction. Forced and natural convection. Radiation, black body, heat exchange by radiation between blacks and grey bodies. Radiative properties of the glass. Heat transfer in buildings:Thermal transmittance and the calculation of the temperature profile in a flat multilayer wall. Thermal exchanges in the presence of solar radiation, sol-air temperature. Thermal transients in lumped capacity. Notes on the heat and mass balance of a building, sensible / latent loads. Vapour diffusion in building structures: Fick's law, superficial and interstitial condensation. Diagram of Glaser.

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Le esercitazioni proposte richiedono l’uso di calcolatrici tascabili scientifiche (logaritmi, elevamenti a potenza, trigonometria,...). Le lezioni seguono come riferimento il testo consigliato. Fotocopie di grafici e tabelle a fini esercitativi sono fornite dai docenti. Il materiale didattico di base e integrativo, la presentazione del corso e le regole d’esame sono rese disponibili sotto forma di file pdf sul portale della didattica sotto la voce "Materiale del corso” all’inizio delle lezioni.

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The proposed exercises require the use of scientific calculators (logarithms, raising to a power, trigonometry ...). The lectures follow the recommended reference texts. Photocopies of graphs and charts for the exercises are provided by the lecturers. The basic and the supplementary teaching materials, the presentation of the course and examination rules are available on the teaching web portal under the heading "Material of the course”.

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L’insegnamento è organizzato in lezione a carattere teorico ed esercitazioni in cui si applicano, attraverso esercizi numerici ed esempi pratici, le conoscenze apprese. Le esercitazioni riguarderanno applicazioni delle conoscenze teoriche acquisite alla soluzione di problemi reali e di attualità, con particolare attenzione ai risvolti energetici/ambientali delle soluzioni elaborate. Saranno svolte mediante: • esercizi numerici in aula riguardanti le applicazioni dei concetti teorici introdotti a lezione, • sviluppo di calcoli progettuali di massima (tesine) riguardanti rispettivamente: - impianti di illuminazione per esterni; - interventi per la realizzazione delle condizioni di benessere acustico in una sala per conferenze; - ottimizzazione dei consumi energetici di un edificio mediante interventi sull’involucro edilizio opaco/trasparente

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Teaching is organised in theoretical lectures and exercises, aimed at applying the learned knowledge through numerical exercises. The exercises will cover applications of the theoretical knowledge to the solution of real problems, with particular attention to energy / environmental implications of the solutions developed. They will be carried out by: • numerical exercises in the classroom regarding the applications of theoretical concepts introduced in lectures, • development of rough design calculations (term papers), respectively on: - lighting systems for outdoors; - measures for realising acoustic comfort conditions in a conference room; - optimization of building energy consumption by means of measures on the building opaque / transparent envelope.

Fisica tecnica per le costruzioni edili

G.V. Fracastoro, Dispense di Fisica Tecnica Ambientale, Otto editore, Torino, 2003. • materiale distribuito dai docenti. Bibliografia a compendio • Corrado V., Fabrizio E., Fondamenti di Termofisica dell’Edificio e Climatizzazione, II edizione, CLUT, Torino, 2014. • Corrado V., Fabrizio E., Applicazioni di Termofisica dell’Edificio e Climatizzazione, CLUT, Torino, 2009. • Astolfi A., Corrado V., Applicazioni di Illuminazione e Acustica, CELID, Torino, 2012. Per approfondire possono essere consultati all’occorrenza: • Termodinamica e trasmissione del calore – Yunus A. Cengel– ed. McGraw Hill.

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G.V. Fracastoro, Dispense di Fisica Tecnica Ambientale, Otto editore, Torino, 2003. • Teacher’s notes. Additional resources that can be conculted • Corrado V., Fabrizio E., Fondamenti di Termofisica dell’Edificio e Climatizzazione, II edizione, CLUT, Torino, 2014. • Corrado V., Fabrizio E., Applicazioni di Termofisica dell’Edificio e Climatizzazione, CLUT, Torino, 2009. • Astolfi A., Corrado V., Applicazioni di Illuminazione e Acustica, CELID, Torino, 2012. • Termodinamica e trasmissione del calore – Yunus A. Cengel– ed. McGraw Hill.

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Modalità di esame: Test informatizzato in laboratorio; Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

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L’esame è costituito da una prova scritta obbligatoria ed una prova orale facoltativa (da svolgersi contestualmente alla parte scritta). Gli appelli d’esame si tengono ESCLUSIVAMENTE nelle sessioni ufficiali. L’iscrizione online all’appello è obbligatoria. Nel caso in cui si decida di non sostenere la prova orale il voto massimo registrabile è di 26/30 (Il voto dell’esame scritto può essere registrato tal quale quando compreso fra 18/30 e 26/30. I voti dal 26/30 al 30/30 sono scalati al 26/30. Il 30 Lode è scalato al 27/30). Con votazioni dello scritto comprese fra 15/30 e 17/30 si può accedere all’orale. Compito Scritto Il compito scritto consta di 2 parti: una parte di Teoria ed una parte di Esercizi. Ciascuna parte vale 32/30 (corrispondente al 30 e lode) ed il voto finale risulta dalla media aritmetica delle due parti, a condizione che ciascuna di esse risulti superiore a 15/30 (se anche una sola delle 2 parti viene valutata meno di 15/30 il compito scritto risulta non superato). Parte di Teoria E’ costituita da: • 32 affermazioni del tipo vero/falso • 4 definizioni sintetiche Durante la prova di teoria non si possono utilizzare libri, dispense, formulari, appunti esercizi svolti ed altro materiale di supporto. La prova dura 45 minuti, ma se si termina prima è possibile consegnare ed iniziare in anticipo la parte di esercizi (guadagnando tempo utile). punteggi: • per ogni affermazione vera/falsa giusta: +0.75 • per ogni affermazione vera/falsa sbagliata: -0.60 • per ogni affermazione vera/falsa non data: 0 • valore di ogni definizione sintetica: da 0 a 2 Parte di Esercizi E’ costituita da 4 esercizi numerici da svolgere in 1ora e mezza (Si possono utilizzare le dispense ed i formulari, non gli appunti. La valutazione degli esercizi è fatta per i soli candidati la cui parte di teoria sia risultata al di sopra di 15/30 – Per gli altri le soluzioni degli esercizi sono messe sul portale la settimana successiva all’appello in modo che tutti possano verificare lo svolgimento del tema d’esame) punteggi: • Esercizio di illuminotecnica: 6 pt. • Esercizio di acustica: 6 pt. • Esercizio di Termodinamica: 10 pt. • Esercizio di Trasmissione del calore: 10 pt. In prospettiva la Parte di Teoria (domande a risposta chiusa ed aperta) potrà essere svolta presso i LAIB usando il SW Exams. In quest’ultimo caso accederanno alla Parte di Esercizi (svolta in un momento temporale successivo e da svolgersi in presenza in aula) solo coloro che avranno raggiunto un punteggio di 15/30 nella prova di teoria.

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Exam: Computer lab-based test; Written test; Optional oral exam;

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Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);

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In via TRANSITORIA per l’emergenza COVID19 la prova d’esame in presenza è sostituita da una analoga prova in remoto. Le modalità di svolgimento e la struttura sono analoghe a quelle in presenza, ma lo svolgimento avviene da remoto mediante piattaforma EXAMS e software proctoring RESPONDUS. L’esame è costituito da una prova scritta obbligatoria ed una prova orale facoltativa (da svolgersi contestualmente alla parte scritta). Gli appelli d’esame si tengono ESCLUSIVAMENTE nelle sessioni ufficiali. L’iscrizione online all’appello è obbligatoria. Nel caso in cui si decida di non sostenere la prova orale il voto massimo registrabile è di 26/30 (Il voto dell’esame scritto può essere registrato tal quale quando compreso fra 18/30 e 26/30. I voti dal 26/30 al 30/30 sono scalati al 26/30. Il 30 Lode è scalato al 27/30). Con votazioni dello scritto comprese fra 15/30 e 17/30 si può accedere all’orale. Compito Scritto Il compito scritto consta di 2 parti: una parte di Teoria ed una parte di Esercizi. Ciascuna parte vale 32/30 (corrispondente al 30 e lode) ed il voto finale risulta dalla media aritmetica delle due parti, a condizione che ciascuna di esse risulti superiore a 15/30 (se anche una sola delle 2 parti viene valutata meno di 15/30 il compito scritto risulta non superato). Parte di Teoria E’ costituita da: • 32 affermazioni del tipo vero/falso • 4 definizioni sintetiche Durante la prova di teoria non si possono utilizzare libri, dispense, formulari, appunti esercizi svolti ed altro materiale di supporto. La prova dura 45 minuti. punteggi: • per ogni affermazione vera/falsa giusta: +0.75 • per ogni affermazione vera/falsa sbagliata: -0.60 • per ogni affermazione vera/falsa non data: 0 • valore di ogni definizione sintetica: da 0 a 2 Parte di Esercizi E’ costituita da 4 esercizi numerici da svolgere in 1ora e mezza (Si possono utilizzare le dispense ed i formulari, non gli appunti. La valutazione degli esercizi è fatta per i soli candidati la cui parte di teoria sia risultata al di sopra di 15/30 – Per gli altri le soluzioni degli esercizi sono messe sul portale la settimana successiva all’appello in modo che tutti possano verificare lo svolgimento del tema d’esame) punteggi: • Esercizio di illuminotecnica: 6 pt. • Esercizio di acustica: 6 pt. • Esercizio di Termodinamica: 10 pt. • Esercizio di Trasmissione del calore: 10 pt.

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Exam: Optional oral exam; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);

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The exam booking on internet is mandatory. The exam consists of a compulsory written test and an optional oral examination. The written test is divided into two parts according to the following schedule: a) a theory test that consists of 32 statements of the true/false (score: +0.75 if correct, -0.66 if wrong, 0 if not answered) and 4 synthetic definitions (score from 0 to 2). Max score 32/30 (30 cum laude). During this part the student cannot use any kind of text or other material. (Duration 45 minutes) b) 4 numerical exercises (1 exercise on thermodynamics, 1 exercise on heat transfer, 1 exercise on acoustics, 1 exercise on lighting). Max score 32/30 (30 cum laude). During this part the student can use the official text of the curse as a support. (Duration 1,5 hours) The oral examination is optional. If the student decides not to apply for the oral part, the maximum achievable score is 26/30 (One can accept the score of the written part without any penalization up to the grade of 26/30. After this limit, scores are scaled to 26/30. 30 cum Laude is scaled to 27/30. If the score of the written part is between 15/30 and 17/30 the student can access to the oral part. For admission to the oral examination, the candidate must have passed the written test with a minimum overall grade of 15/30. The oral part is done immediately after the written test. TRANSITORY NOTE: due to the COVID19 emergency the exam could be substituted by online text. In th future the written part is forecast to be done c/o the LAIB.

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Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);

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In via TRANSITORIA per l’emergenza COVID19 la prova d’esame in presenza può essere sostituita da una analoga prova in remoto. Le modalità di svolgimento e la struttura sono analoghe a quelle in presenza, ma lo svolgimento avviene da remoto mediante piattaforma EXAMS e software proctoring RESPONDUS. L’esame è costituito da una prova scritta obbligatoria ed una prova orale facoltativa (da svolgersi contestualmente alla parte scritta). Gli appelli d’esame si tengono ESCLUSIVAMENTE nelle sessioni ufficiali. L’iscrizione online all’appello è obbligatoria. Nel caso in cui si decida di non sostenere la prova orale il voto massimo registrabile è di 26/30 (Il voto dell’esame scritto può essere registrato tal quale quando compreso fra 18/30 e 26/30. I voti dal 26/30 al 30/30 sono scalati al 26/30. Il 30 Lode è scalato al 27/30). Con votazioni dello scritto comprese fra 15/30 e 17/30 si può accedere all’orale. Compito Scritto Il compito scritto consta di 2 parti: una parte di Teoria ed una parte di Esercizi. Ciascuna parte vale 32/30 (corrispondente al 30 e lode) ed il voto finale risulta dalla media aritmetica delle due parti, a condizione che ciascuna di esse risulti superiore a 15/30 (se anche una sola delle 2 parti viene valutata meno di 15/30 il compito scritto risulta non superato). Parte di Teoria E’ costituita da: • 32 affermazioni del tipo vero/falso • 4 definizioni sintetiche Durante la prova di teoria non si possono utilizzare libri, dispense, formulari, appunti esercizi svolti ed altro materiale di supporto. La prova dura 45 minuti. punteggi: • per ogni affermazione vera/falsa giusta: +0.75 • per ogni affermazione vera/falsa sbagliata: -0.60 • per ogni affermazione vera/falsa non data: 0 • valore di ogni definizione sintetica: da 0 a 2 Parte di Esercizi E’ costituita da 4 esercizi numerici da svolgere in 1ora e mezza (Si possono utilizzare le dispense ed i formulari, non gli appunti. La valutazione degli esercizi è fatta per i soli candidati la cui parte di teoria sia risultata al di sopra di 15/30 – Per gli altri le soluzioni degli esercizi sono messe sul portale la settimana successiva all’appello in modo che tutti possano verificare lo svolgimento del tema d’esame) punteggi: • Esercizio di illuminotecnica: 6 pt. • Esercizio di acustica: 6 pt. • Esercizio di Termodinamica: 10 pt. • Esercizio di Trasmissione del calore: 10 pt.

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Exam: Optional oral exam; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);

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The exam booking on internet is mandatory. The exam consists of a compulsory written test and an optional oral examination. The written test is divided into two parts according to the following schedule: a) a theory test that consists of 32 statements of the true/false (score: +0.75 if correct, -0.66 if wrong, 0 if not answered) and 4 synthetic definitions (score from 0 to 2). Max score 32/30 (30 cum laude). During this part the student cannot use any kind of text or other material. (Duration 45 minutes) b) 4 numerical exercises (1 exercise on thermodynamics, 1 exercise on heat transfer, 1 exercise on acoustics, 1 exercise on lighting). Max score 32/30 (30 cum laude). During this part the student can use the official text of the curse as a support. (Duration 1,5 hours) The oral examination is optional. If the student decides not to apply for the oral part, the maximum achievable score is 26/30 (One can accept the score of the written part without any penalization up to the grade of 26/30. After this limit, scores are scaled to 26/30. 30 cum Laude is scaled to 27/30. If the score of the written part is between 15/30 and 17/30 the student can access to the oral part. For admission to the oral examination, the candidate must have passed the written test with a minimum overall grade of 15/30. The oral part is done immediately after the written test. TRANSITORY NOTE: due to the COVID19 emergency the exam could be substituted by online text. In th future the written part is forecast to be done c/o the LAIB.

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