UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO IIUNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II

Dott. Ing. Giuseppe Dott. Ing. Giuseppe GraziusoGraziuso

CORSO DI LAUREA IN TECNICHE DELLA CORSO DI LAUREA IN TECNICHE DELLA PREVENZIONE NELL’AMBIENTE E NEI PREVENZIONE NELL’AMBIENTE E NEI

LUOGHI DI LAVOROLUOGHI DI LAVORO

FISICA TECNICA AMBIENTALEFISICA TECNICA AMBIENTALELEZIONE IIILEZIONE III

Anno Accademico 2010/2011Anno Accademico 2010/2011

FACOLTA’ DI MEDICINA E CHIRURGIAFACOLTA’ DI MEDICINA E CHIRURGIA

Ing. G.Graziuso 2

TRASMISSIONE DEL CALORETRASMISSIONE DEL CALORE

QUANDO ESISTE UN GRADIENTE DI TEMPERATURA IN UN SISTEMA O QUANDO DUE SISTEMI A TEMPERATURA DIVERSA VENGONO POSTI A CONTATTO, SI HA TRASMISSIONE DI ENERGIA. IL PROCESSO MEDIANTE IL QUALE AVVIENE LO SCAMBIO DI ENERGIA E’ NOTO COME TRASMISSIONE DEL CALORETRASMISSIONE DEL CALORE. LA GRANDEZZA IN TRANSITO, DETTA CALORE NON PUO’ ESSERE MISURATA O OSSERVATA DIRETTAMENTE, MA POSSONO ESSERE OSSERVATI E MISURATI GLI EFFETTI DA ESSA PRODOTTI.

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PRINCIPI DELLA TERMODINAMICAPRINCIPI DELLA TERMODINAMICA

L’ENERGIA NON PUO ESSERE CREATA NE’ DISTRUTTA MA SOLO TRASFORMATA DA UNA FORMA ALL’ALTRA

II PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICAII PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICANON E’ POSSIBILE ALCUNA

TRASFORMAZIONE IL CUI UNICO IL CUI UNICO RISULTATORISULTATO SIA IL PASSAGGIO DI CALORE DA UNA REGIONE A TEMPERATURA MINORE AD UNA REGIONE A TEMPERATURA MAGGIORE

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MODALITA’ DI TRASMISSIONE DEL CALOREMODALITA’ DI TRASMISSIONE DEL CALORE

LO SCAMBIO TERMICO PUO’ ESSERE DEFINITO COME LA TRASMISSIONE DI ENERGIA DA UNA REGIONE AD UN’ALTRA DOVUTA AD UNA DIFFERENZA DI TEMPERATURA.

VI SONO TRE DIFFERENTI MODALITA’ DI TRASMISSIONE DEL CALORE: CONDUZIONE, CONDUZIONE, IRRAGIAMENTO E CONVENZIONEIRRAGIAMENTO E CONVENZIONE

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La Trasmissione del CaloreLa Trasmissione del Calore La Trasmissione del Calore può avvenire con meccanismi diversi: Conduzione; Convezione; Irraggiamento.

A questi si aggiunge la Diffusione di massa (e con essa anche di energia) che in questa sede non viene affrontata. Ciascun meccanismo di trasmissione è caratterizzato da peculiarità legate ai materiali, alla topologia o anche alla geometria.

Raramente i meccanismi di scambio termico agiscono singolarmente.

Calore

Irraggiamento

Conduzione

Convezione

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CONDUZIONECONDUZIONE

LA CONDUZIONE E’ UN PROCESSO MEDIANTE IL QUALE IL CALORE FLUISCE DA UNA REGIONE A TEMPERATURA MAGGIORE VERSO UNA REGIONE A TEMPERATURA MINORE ATTRAVERSO UN SOLO MEZZO (SOLIDO, LIQUIDO O AERIFORME) O ATTRAVERSO MEZZI DIVERSI POSTI A DIRETTO POSTI A DIRETTO CONTATTO FISICOCONTATTO FISICO. NELLA CONDUZIONE NELLA CONDUZIONE L’ENERGIA SI TRASMETTE PER CONTATTO DIRETTO L’ENERGIA SI TRASMETTE PER CONTATTO DIRETTO TRA LE MOLECOLE SENZA CHE SI SPOSTINO TRA LE MOLECOLE SENZA CHE SI SPOSTINO SENSIBILMENTE.SENSIBILMENTE.

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IRRAGGIAMENTOIRRAGGIAMENTO

L’IRRAGGIAMENTO E’ UN PROCESSO MEDIANTE IL QUALE IL CALORE FLUISCE DA UN CORPO A TEMPERATURA MAGGIORE VERSO UN CORPO A TEMPERATURA MINORE QUANDO I CORPI QUANDO I CORPI NON SONO A CONTATTO, ANCHE SE TRA ESSI C’E’ IL VUOTONON SONO A CONTATTO, ANCHE SE TRA ESSI C’E’ IL VUOTO. IL TERMINE IRRAGIAMENTO SI RIFERISCE IN GENERALE A QUALUNQUE FENOMENO DI PROPAGAZIONE DI ONDE PROPAGAZIONE DI ONDE ELETTROMAGNETICHEELETTROMAGNETICHE,, MA INTERESSANO LO SCAMBIO TERMICO SOLO QUEI FENOMENI DIPENDENTI DALLA TEMPERATURA, I QUALI CONSENTONO IL TRASPORTO DI ENERGIA ATTRAVERSO UN MEZZO TRASPARENTE O IL VUOTO. L’ENERGIA COSI’ SCAMBIATA VIENE CHIAMATA CALORE IRRAGGIATOCALORE IRRAGGIATO.. TUTTI I CORPI EMETTONO CONTINUAMENTE CALORE PER IRRAGGIAMENTO E L’INTENSITA’ DELL’EMISSIONE DIPENDE DALLA TEMPERATURA E DALLA NATURA DELLA SUPERFICIE. L’ENERGIA RAGGIANTE VIAGGIA ALLA VELOCITA’ DELLA LUCE E PRESENTA UNA FENOMENOLOGIA SIMILE A QUELLA DELLE ONDE LUMINOSE.

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CONVENZIONECONVENZIONE

LA CONVENZIONE E’ UN PROCESSO DI TRASPORTO DI ENERGIA MEDIANTE L’AZIONE COMBINATA DELLA CONDUZIONE, DELL’ACCUMULO DI ENERGIA E DEL MESCOLAMENTO; E’ IL PIU’ IMPORTANTE MECCANISMO DI SCAMBIO TRA UNA SUPERFICIE SOLIDA ED UN LIQUIDO O UN GAS.

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BENESSERE AMBIENTALEBENESSERE AMBIENTALE

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BENESSERE AMBIENTALEBENESSERE AMBIENTALE

PER BENESSERE AMBIENTALE SI INTENDE IN GENERALE, SECONDO UNA DEFINIZIONE COMUNEMENTE ADOTTATA, L’ATTEGGIAMENTO MENTALE DI COMPLETA SODDISFAZIONE PER L’AMBIENTE ENTRO CUI SI OPERA.

QUELLA CONDIZIONEMENTALE DI SODDISFAZIONE NEI RIGUARDI DELL’AMBIENTE TERMICOTERMICO ACUSTICOACUSTICO LUMINOSOLUMINOSO

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IL BENESSERE TERMOIGROMETRICOIL BENESSERE TERMOIGROMETRICO

Il sistema di controllo che regola la temperatura corporea è molto complesso:

IPOTALAMOTEMPERATURALIMITE 37 °C

SENSORI DEL CALDO

PELLETEMPERATURALIMITE 34°C.

SENSORI DEL FREDDO

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IL BENESSERE TERMOIGROMETRICOIL BENESSERE TERMOIGROMETRICO

L’INTERPRETAZIONE DEI SEGNALI DA PARTE DEL CERVELLO PUÒ ESSERE

PARAGONATA AD UN

TIRO ALLA FUNETIRO ALLA FUNECON I SENSORI DEL CALDO E DEL FREDDO CHE RAPPRESENTANO LE

DUE ESTREMITÀ.

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CONDIZIONI DI BENESSERE

PRESUPPOSTO DEL BENESSERE AMBIENTALE E’ LA CONDIZIONE PER CUI UN INSIEME DI GRANDEZZE FISICHE CARATTERIZZANTI L’AMBIENTE ASSUMANO VALORI OPPORTUNI, IN RELAZIONE ALLA DESTINAZIONE D’USO. IN PRATICA IN UN AMBIENTE IN CUI VI SIANO CONDIZIONI TERMOIGROMETRICHE UNIFORMI, IL BENESSERE TERMICO DELLE PERSONE DIPENDE DAL VALORE ASSUNTO DA SEI PARAMETRI FONDAMENTALI.

QUATTRO PARAMETRI SONO LEGATI ALLE CONDIZIONI QUATTRO PARAMETRI SONO LEGATI ALLE CONDIZIONI AMBIENTALI:AMBIENTALI:

TEMPERATURA DELL’ARIA;TEMPERATURA DELL’ARIA; TEMPERATURA MEDIA RADIANTE DELLE SUPERFICI CHE TEMPERATURA MEDIA RADIANTE DELLE SUPERFICI CHE

DELIMITANO L’AMBIENTE;DELIMITANO L’AMBIENTE; UMIDITA’ RELATIVA DELL’ARIA;UMIDITA’ RELATIVA DELL’ARIA; VELOCITA’ DELL’ARIAVELOCITA’ DELL’ARIA;

DUE PARAMETRI SONO SOGGETTIVI, RIFERITI DUE PARAMETRI SONO SOGGETTIVI, RIFERITI ALL’INDIVIDUO STESSOALL’INDIVIDUO STESSO:

ATTIVITA’ FISICA SVOLTA; RESISTENZA TERMICA DEL VESTIARIO INDOSSATO;

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CONDIZIONI DI BENESSERE

PER MANTENERE IL BENESSERE TERMICO DEVONO ESSERE SODDISFATTE

DUE CONDIZIONIDUE CONDIZIONI

LA COMBINAZIONE DELLATEMPERATURA DELLA PELLE EDELLA TEMPERATURA INTERNAFORNISCA LA SENSAZIONE DINEUTRALITÀ TERMICA.

IL BILANCIO DI ENERGIA SULCORPO UMANO SIA SODDISFATTO:L’ENERGIA METABOLICA PRODOTTADEVE ESSERE UGUALE ALLEDISPERSIONI VERSO L’AMBIENTE.

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BILANCIO TERMICO DEL CORPO UMANO

COMPLESSIVAMENTE, ALL’INTERNO DEL CORPO UMANO SI ATTUA LA CONVERSIONE DELL’ENERGIA POTENZIALE CHIMICA PRESENTE NEI CIBI IN ENERGIA MECCANICA E SOSTANZIALMENTE IN CALORE, CHE VENGONO SCAMBIATI CON L’AMBIENTE ESTERNO. LA POTENZA GLOBALMENTE MESSA IN GIOCO IN QUESTI PROCESSI VITALI È DETTA METABOLISMO.METABOLISMO.

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BILANCIO TERMICO DEL CORPO UMANO

COMPRENDENDO TUTTE LE FORME DI ENERGIA CHE VENGONO SCAMBIATE, SI PUÒ SCRIVERE UN BILANCIO ENERGETICO NEL SEGUENTE MODO:

M=C+R+E+PM=C+R+E+P

M=M= POTENZA DOVUTA ALL’ATTIVITA’ METABOLICA (W);C=C= FLUSSO TERMICO SCAMBIATO PER CONVENZIONE (W);R=R= FLUSSO TERMICO SCAMBIATO PER IRRAGIAMENTO TRA

IL CORPO E LE SUPERFICI CIRCOSTANTI (W);E=E= FLUSSO TERMICO ASSOCIATO ALL’EVAPORAZIONE DI

ACQUA DAL COPRPO UMANO (W);P=P= POTENZA MECCANICA SCAMBIATA DAL CORPO

CON L’AMBIENTE ESTERNO (W);

I TERMINI P, C e R POSSONO ESSERE SIA POSITIVI CHE I TERMINI P, C e R POSSONO ESSERE SIA POSITIVI CHE NEGATIVI, MENTRE M ED E SONO SEMPRE POSITIVINEGATIVI, MENTRE M ED E SONO SEMPRE POSITIVI.

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POTENZA METABOLICA P

DALLE TRASFORMAZIONI CHIMICHE CHE SUBISCONO CIBI E BEVANDE NEL CORPO UMANO, SI OTTIENE LA DISPONIBILITA’ DI POTENZA CHE CORRISPONDE AL METABOLISMO. LA POTENZA METBOLICA PUO’ ESSERE DISTINTA SECONDO DUE CONTRIBUTI:

LA POTENZA METABOLICA BASALE, NECESSARIA PER IL FUNZIONAMENTO DEGLI ORGANI VITALI, MISURABILE IN UN SOGGETTO A RIPOSO, IN CONDIZIONI DI NEUTRALITA’ TERMICA (PARI A CIRCA 43 W/M2);

POTENZA METABOLICA LEGATA ALLE DIVERSE ATTIVITA’ IN GENERE LA POTENZA METABOLICA, O VALORE METABOLICO

E’ RIFERITA ALL’UNITA’ DI AREA DELLA SUPERFICIE DEL CORPO UMANO NUDO (PER UNA PERSONA NORMALE TALE AREA RISULTA PARI A CIRCA A = 1.8 M2).