RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Studio termofluidodinamico di componenti di facciata adattativi per il comfort ed il risparmio energetico

Università di riferimento

Politecnico di TORINO - ENERGETICA - TORINO(TO)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Marco PERINO

Descrizione

L'attività di ricerca dell'unità operativa di Torino sarà focalizzata sullo studio termofluidodinamico delle facciate ventilate trasparenti a doppia pelle, che rappresentano una delle tipologie di componenti adattativi più diffuse ed utilizzate nella pratica.
Obbiettivi della ricerca sono:
- l'analisi delle prestazioni di questi sistemi sia in termini di mantenimento di ottimali livelli comfort interno e qualità dell'aria sia in termini di risparmio energetico ottenibile.
- la messa a punto di procedure di analisi e progetto per le facciate ventilate trasparenti integrate con i sistemi HVAC
- La messa a punto di procedure sperimentali per il rilievo in opera del componente.
A tal fine la ricerca si svilupperà sia attraverso attività sperimentali che analisi numerico teoriche.
In particolare la sperimentazione sarà articolata integrando monitoraggi in campo e misure di laboratorio. Queste ultime saranno effettuate in opportune test-cells (sistema TWINS) recentemente costruite presso il Dip. di Energetica del Politecnico di Torino in collaborazione con una azienda produttrice di moduli di facciata tecnologici.
La prima tipologia di misure consentirà di analizzare le prestazioni dei componenti attualmente disponibili sul mercato in condizioni realistiche di funzionamento e permetterà quindi di evidenziare le effettive prestazioni energetiche del sistema.
L'indagine di laboratorio ha, invece, come obbiettivo quello di approfondire i meccanismi fisico-tecnici su cui poggia il comportamento della facciata, evidenziando, mediante analisi di sensibilità, l'effetto che ciascuno dei parametri costruttivi o di funzionamento ha sulla prestazione finale del componente. Questa fase della ricerca, sviluppata in stretto concerto e in collaborazione con una azienda del settore, consentirà quindi di rilevare quali sono gli elementi progettuali su cui si può agire per l'ottimizzazione del componente e per la sua corretta integrazione con i sistemi impiantistici.
Parallelamente alle indagini sperimentali verrà portata avanti una attività modellistica che si svilupperà, sostanzialmente, lungo tre direttrici:
1) applicazione di codici di fluidodinamica computazionale alla simulazione del comportamento della facciata. Ciò permetterà, per confronto con i dati sperimentali acquisiti, la validazione dei modelli che potranno essere successivamente impiegati per condurre analisi volte alla proposta e verifica di nuove e più efficienti soluzioni tecnologiche.
2) Sviluppo di modelli termici e fluidodinamici a zone, che risultano relativamente più semplici e rapidi da usare rispetto ai modelli CFD. Questi strumenti, pur fornendo informazioni meno dettagliate rispetto ai codici di fluidodinamica computazionale, si prestano maggiormente alla esecuzione di analisi di sensibilità, utili ad esempio per verificare la variazione delle prestazioni del componente al variare delle condizioni al contorno (contesto climatico in cui il componente è installato, effettuando, per esempio, simulazioni su base annua con dati meteorologici relativi a Test Reference Year – TRY) e/o conseguenti a modifiche costruttive.
Inoltre, questi modelli, una volta validati, possono essere agevolmente trasformati in strumenti progettuali di largo uso (previa realizzazione di opportune interfacce utente semplificate). Per la realizzazione dei modelli zonali si impiegheranno tecniche basate sull'algebra a blocchi.
3) Sviluppo di modelli ibridi, ovvero basati sull'accoppiamento di modelli di tipo black-box (inverse modelling), costruiti a partire dai profili temporali delle grandezze misurate nel corso delle indagini sperimentali, con modelli deterministici che simulano il comportamento del sistema di climatizzazione. Questa attività ha come obbiettivo l'implementazione e la verifica di strategie diverse di integrazione fra facciata e sistema impiantistico. Particolare attenzione verrà posta sui risvolti connessi al risparmio energetico e all'incremento del comfort interno.
Sia l'attività sperimentale che numerica sarà realizzata in stretta collaborazione ed integrazione con le altre unità operative, attuando una sinergia a livello di strumenti di simulazione e di sistemi sperimentali. Inoltre, sarà reso disponibile ai gruppi che si focalizzano maggiormente sulla simulazione numerica il database dei dati sperimentali raccolti sia in campo che in laboratorio.
In particolare gli aspetti concernenti il comportamento termofluidodinamico del componente facciata trasparente attiva saranno approfonditi di concerto con:
- l'unità operativa di Cassino, con la quale si attuerà una cooperazione sia in relazione a simulazioni numeriche (CFD) che alle attività sperimentali (misure di termografia all'infrarosso),
- le unità operative del Politecnico di Milano e dell'Università di Venezia, attraverso uno scambio dei risultati delle misure effettuate da ciascun gruppo sui propri set-up sperimentali. Tale integrazione consentirà lo sviluppo, la validazione e l'eventuale integrazione dei modelli di analisi numerica proposti dalle varie unità operative.
Invece, per ciò che concerne la valutazione e l'analisi, sia per via teorica che sperimentale, degli aspetti connessi con il comfort termico e la qualità dell'aria l'attività sarà sviluppata insieme all'unità operativa dell'Università di Salerno.
Infine, si sottolinea che l'attività dell'unità di ricerca di Torino sarà anche strettamente integrata con progetti di ricerca internazionali incentrati su analoghe tematiche. Infatti il coordinatore dell'unità di ricerca locale è anche coordinatore del sub-task " responsive building elements" all'interno del gruppo di lavoro Annex 44 - "Integrating environmentally responsive elements in buidlings" dell'International Energy Agency (IEA).