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UNITA' DI RICERCA
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Bibliografia
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Programma di ricerca
Studio termofluidodinamico di componenti di facciata adattativi per il comfort ed il risparmio energeticoUniversità di riferimento
Politecnico di MILANO - ENERGETICA - MILANO(MI)Responsabile dell'Unità di ricerca
Livio MAZZARELLADescrizione
L'attività programmata per l'unità di ricerca del Politecnico di Milano (U.R.M.) si divide in attività numerico-modellistica e sperimentale.L'attività numerico-modellistica sarà finalizzata allo sviluppo di:
a) modelli teorico-numerici semplificati per l'analisi delle prestazioni dei sistemi di facciate adattative e di componenti per la ventilazione naturale e il controllo dei carichi solari (shading devices);
b) strategie di controllo ed integrazione ottimali dei sistemi di facciata adattativi nel sistema edificio-impianto, con particolare cura agli aspetti di risparmio energetico e comfort ambientale;
c) strategie di controllo ed integrazione ottimali di sistemi radianti a bassa temperatura integrati nella struttura edilizia (pavimenti, pareti, soffitto) con componenti per la ventilazione e per il controllo dei carichi solari, con sonde geotermiche e/o pompa di calore invertibile;
d) definizioni di parametri sintetici prestazionali e di comfort, che consentano una corretta pre-progettazione o un progetto adeguato anche se con l'impiego di strumenti di calcolo tradizionali;
e) tabelle di utilizzabilità e potenzialità dei suddetti sistemi, con riferimento ai limiti imposti dal rispetto delle condizioni di comfort e di risparmio energetico.
In particolare i componenti/sistemi per i quali verranno costruiti dei modelli numerici ad hoc comprendono:
a) pareti con isolamento dinamico che prevedono diverse configurazioni dei flussi d'aria, dando luogo a diverse tipologie di componenti adattativi di facciata;
b) pareti ibride che includono nello strato più esterno celle fotovoltaiche;
c) sistemi orientabili di protezione solare, in particolare sistemi a lamelle orientabili, anche contenuti nei sistemi di parete con isolamento dinamico (quando trasparenti alla radiazione solare).
Il metodo di modellazione è di tipo ibrido e fa riferimento a modelli semplificati che si basano su un approccio integrale, per quanto riguarda la termofluidodinamica dell'aria nei canali delle pareti ad isolamento dinamico, e su ipotesi di mono- o bi-dimensionalità per la conduzione termica, stazionaria o transitoria a seconda delle caratteristiche proprie del sistema, mentre per gli scambi termici radiativi si farà riferimento all'ipotesi di corpo grigio. Per l'analisi e la modellazione dei sistemi di facciata trasparenti (es. doppia pelle) verranno implementati algoritmi, anche spettrali, per il calcolo delle proprietà relative alla trasmissione, riflessione ed assorbimento della radiazione solare, anche per sistemi multistrato e pellicole selettive, cosi come per i sistemi di controllo della radiazione solare, per i quali sarà possibile distinguere tra componente diretta e diffusa trasmesse. Infine, per la modellazione dei sistemi di facciata con circolazione naturale dell'aria, tramite l'uso di codici di termofluidodinamica computazionale 3D (CFD), verranno definite delle nuove correlazioni, da adottare nel modello integrale e relative allo scambio termico fluido-parete, che siano in grado di tenere correttamente conto delle particolari geometrie, sia dei canali, sia delle sezioni d‘ingresso e di uscita dell'aria che si riscontrano nelle normali tecnologie costruttive sin ora adottate o adottabili.
I modelli numerici risultanti verranno prodotti in termini di TYPE di TRNSYS, un noto programma per la simulazione termico-energetica dinamica dei sistemi edificio impianto di tipo modulare, di ampia diffusione sia nel mondo della ricerca sia tra i progettisti di sistemi edificio-impianto evoluti, che verrà utilizzato per la successiva fase di studio delle strategie di integrazione e controllo ottimali di tali sistemi di facciata inseriti in un sistema edilizio-impiantistico completo. Lo stesso strumento verrà impiegato per lo studio delle strategie di integrazione e controllo ottimali di sistemi radianti a bassa temperatura integrati nella struttura edilizia (pavimenti, pareti, soffitto) integrati insieme e/o alternativamente con componenti per la ventilazione e per il controllo dei carichi solari; in particolare i sistemi radianti verranno analizzati quali elementi parietodinamici ad acqua che utilizzano come sorgente fredda per il raffrescamento estivo delle con sonde geotermiche.
In particolare l'attività modellistica si coordinerà con le altre unità di ricerca, e nello specifico con Torino, riguardo ai sistemi di facciata a doppia pelle, e con Venezia per lo sviluppo degli algoritmi relativi ai sistemi trasparenti, sia in termini di confronto tra metodi alternativi e cross validazione, sia intermini di cosviluppo e "pacchettizzazione" dei prodotti della ricerca.
L'attività sperimentale, che si affiancherà e coordinerà con quella prevista nelle altre unità di ricerca, , si basa su un apparato consistente in un edificio sperimentale su due piani completamente strumentato e dotato di diversi sistemi impiantistici (pavimento, parete e soffitto radianti, pompa di calore invertibile, scambiatori interrati per lo sfruttamento del terreno sia come fonte energetica per la pompa di calore, sia per l'impiego diretto con i sistemi radianti, ecc.). L'attività consisterà nell'implementazione di sistemi di facciata ad isolamento dinamico, di sistemi di ventilazione e di controllo della radiazione solare diversi e nell'esecuzione di sessioni di misura delle prestazioni di diverse configurazioni di tale sistema edificio-impianto, al variare sia dei componenti sia delle strategie di controllo adattativo implementate, in modo da fornire dati sperimentali per la validazione dei modelli e degli studi teorico numerici. In particolare tale attività si avvarrà della collaborazione dell'Unità di Cassino in relazione alle metodiche di misura e validazione.
