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Tesi etd-06192019-184516


Thesis type
Tesi di laurea magistrale LM5
Author
BICCHIERINI, MARIA BEATRICE
URN
etd-06192019-184516
Title
Architettura biomimetica: valutazioni sperimentali e CFD di una soluzione tecnica per l'involucro edilizio
Struttura
INGEGNERIA DELL'ENERGIA, DEI SISTEMI, DEL TERRITORIO E DELLE COSTRUZIONI
Corso di studi
INGEGNERIA EDILE-ARCHITETTURA
Supervisors
relatore Lanini, Luca
relatore Salvadori, Giacomo
relatore Pisello, Anna Laura
Parole chiave
  • comfort
  • architettura biomimetica
  • camera climatica
  • raffrescamento passivo
  • CFD
Data inizio appello
11/07/2019;
Consultabilità
Secretata d'ufficio
Data di rilascio
11/07/2089
Riassunto analitico
Negli ultimi decenni alcune ricerche hanno avanzato l'ipotesi che una possibile funzione del manto striato delle zebre risieda nella sua capacità di favorire la termoregolazione di tali mammiferi. Infatti a causa dei differenti coefficienti di assorbimento della radiazione solare, le strisce nere risultano avere una temperatura superficiale maggiore rispetto a quelle bianche, dunque anche l'aria ad esse adiacente è più calda; essendo l'aria calda meno densa, e dunque più leggera, di quella fredda, essa sale verso l'alto e viene rimpiazzata da quella più fresca. Queste piccole correnti d'aria costituiscono, secondo alcuni studiosi, dei moti convettivi naturali che mantengono complessivamente il corpo della zebra più fresco.
Già da molti anni, scienziati, ricercatori, ingegneri ed ultimamente anche architetti, guardano al mondo naturale per studiare le soluzioni che piante ed animali utilizzano per rispondere ai problemi che devono affrontare. L'applicazione di tali soluzioni ai manufatti dell'uomo prende il nome di biomimesi ed in campo edilizio si parla di architettura biomimetica.

Riallacciandosi agli studi sul manto delle zebre ed il linea con le nuove tendenze dell'architettura biomimetica, vorremmo, con il presente lavoro, cercare di indagare se esista veramente un effetto raffrescante dovuto all'alternanza di colori chiaro e scuro e se questo possa eventualmente essere sfruttato in campo architettonico per incrementare il comfort estivo negli ambienti interni.
Tale studio agisce parallelamente su due fronti che procedono sinergicamente. Da un lato si sono realizzati alcuni modelli in scala di un ipotetico componente tecnico per l'involucro edilizio e, sottoponendoli ad un irraggiamento controllato, se ne sono registrate le risposte tramite sonde di temperatura; dall'altro lato tali modelli reali sono stati replicati in un ambiente di simulazione virtuale in cui, tramite calcoli di fluidodinamica computazionale, si sono osservati gli effetti di tali temperature sul moto dell'aria circostante.
La potenza di tale azione combinata risiede nel fatto che i modelli reali hanno permesso di validare le analisi del software di simulazione così da poter procedere ulteriormente con gli studi solamente sul fronte virtuale ed indagare il comportamento delle configurazioni più svariate.
Dal punto di vista fisico, ciò che accade nel modello deriva dall'interazione dei tre meccanismi di trasmissione del calore. L'irraggiamento riscalda la superficie esterna del componente; questa, dal lato esterno, fa innalzare la temperatura dello strato d'aria adiacente, innescando dunque moti di convezione naturale; dal lato interno, invece, riscalda, per conduzione, gli strati di materiale retrostante. Sappiamo che il calore assorbito per irraggiamento è maggiore nel caso di colori scuri rispetto a quelli chiari quindi sarà logico attendersi che un modello a superficie completamente nera faccia registrare temperature più elevate di uno con superficie bianca. Quello che vorremmo indagare è se una superficie a strisce possa, in virtù della differenza di temperatura tra parti chiare e scure, far nascere dei moti convettivi ulteriori che possano incrementare la quota di calore ceduto verso l'esterno rispetto a quello che viene trasmesso all'interno. L'ipotesi, da verificare, è dunque che l'aria aderente alle parti scure raggiunga una temperatura maggiore di quella aderente alle parti chiare e la conseguente differenza di densità attivi, a livello superficiale, delle microcircolazioni convettive che ne accelerino il processo di raffreddamento prima che il calore venga trasmesso verso l'interno.
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