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Tesi etd-09172019-113603


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
BARBIERI, VERONICA
URN
etd-09172019-113603
Title
Attivazione di un dispositivo idoneo a ridurre la domanda di energia negli edifici, Wall Thermosyphon. Prove sperimentali.
Struttura
INGEGNERIA CIVILE E INDUSTRIALE
Corso di studi
INGEGNERIA EDILE E DELLE COSTRUZIONI CIVILI
Supervisors
relatore Dott. Fantozzi, Fabio
relatore Dott. Filippeschi, Sauro
relatore Dott. Salvadori, Giacomo
Parole chiave
  • Wall Thermosyphon
  • Prove sperimentali.
Data inizio appello
07/10/2019;
Consultabilità
Secretata d'ufficio
Data di rilascio
07/10/2089
Riassunto analitico
L’edilizia è uno dei settori più rilevanti in termini di produzione di ricchezze e di occupazione, ma è responsabile allo stesso tempo di un significativo consumo di risorse e di un conseguente elevato impatto ambientale.
In particolare, si stima che nell’Unione Europea l’edilizia sia responsabile del 40% del consumo energetico mondiale e di un terzo dell’inquinamento prodotto, incidendo in maniera rilevante sul bilancio energetico e sullo scenario emissivo di gas serra in Europa.
L’edilizia ha peccato fino ad oggi di gravi ritardi: è infatti uno dei settori a contribuire maggiormente alla crisi climatica, il penultimo ad affrontare la digitalizzazione dopo l'agricoltura, la caccia e la pesca, e tra gli ultimi per investimento in innovazione, tanto da registrare una produttività (cioè la capacità di produrre valore per ogni ora lavorata di un addetto) in decrescita quasi costante negli ultimi 50 anni.
È per questo che l’edilizia rappresenta oggi una potenziale frontiera del cambiamento, una delle grandi possibilità per ridurre globalmente il potenziale climalterante.
Gli obiettivi principali da perseguire nella progettazione, nella costruzione o nella ristrutturazione degli edifici, sono stati infatti l’impiego di fonti energetiche rinnovabili, l’uso di materiali eco-compatibili, il ricorso a nuove tecnologie costruttive, l’applicazione di sistemi efficienti dal punto di vista del risparmio energetico e dell’incidenza ambientale, riducendo i consumi di combustibili fossili e promuovendo l’uso delle risorse rinnovabili.
Nello scenario degli strumenti idonei alla riduzione della domanda di energia, si inserisce questo valoro di tesi, utilizzando come strategia sostenibile, in linea teorica, l’uso dell’energia solare passiva.
L'energia complessivamente trasferita dal sole ad un'abitazione può essere divisa in due categorie: la quota direttamente fornita all'edificio attraverso le porzioni trasparenti dell'involucro, che è decisamente preponderante se non esclusiva, e la quota ceduta attraverso le pareti opache. In quest'ultimo caso, il sole riscalda gli strati esterni della parete ed il calore riesce difficilmente ad essere trasferito all'interno dell'edificio per effetto della massa e della resistenza termica dei vari strati costituenti la parete, spesso tutt’altro che trascurabile.
D’altra parte, la normativa attuale, al fine di contenere al minimo le dispersioni, impone valori sempre più restrittivi per la trasmittanza termica delle strutture opache verticali.
La soluzione proposta nel presente lavoro, si occupa dell’attivazione di un dispositivo che risolve questa apparente contraddizione, incrementando la quota di energia solare proveniente dagli elementi opachi senza comprometterne la capacità di isolamento.
L’idea di partenza, studiata in precedenti studi, è stata quella di inserire nelle pareti d’involucro di un edificio, un dispositivo a due fasi in grado di stabilire un ponte termico, tra le due facce, interna ed esterna, delle pareti stesse.
Considerati il punto di installazione ed il fatto che all’interno del circuito si instauri una circolazione convettiva per effetto della sola differenza di densità tra volumi di fluido a temperature diverse, al dispositivo è stato dato nome di Wall Thermosyphon (WT), termosifone in parete.
Partendo quindi dal dispositivo in linea teorica, la presente tesi di propone di studiarne l’efficienza da un punto di vista sperimentale.
Realizzato l’apparato di prova in tutte le sue componenti, il funzionamento del sistema è stato studiato in questa fase non utilizzando un fluido bifase, ma facendo scorrere al suo interno acqua, riscaldata mediante resistenza elettrica e immagazzinata in un boiler di capacità 200l.
Al fine di raggiungere come obiettivo la misurazione sul campo dei reali valori del rendimento del sistema nelle diverse configurazioni, sono state introdotte differenti variabili, rappresentate da:
- Inclinazione dei termosifoni e conseguente dimensione dell’intercapedine;
- Temperatura di mandata del fluido, in questo caso acqua, nel circuito idraulico.
Le temperature prese in considerazione variano tra 40°, 50°, 60° e 70°, cercando quindi di avvicinarsi il più possibile alle temperature della piastra captante l’energia solare, che verrà posta, nella futura fase di studio, in sostituzione dell’attuale sistema di riscaldamento del fluido.
Le inclinazioni dei termosifoni sono invece variabili tra 5°, 10° e 15°, regolazione che è stata possibile grazie a barre filettate collegate ai termosifoni, controllabili dal retro della parete.
Sono state ricavate in tal modo 12 configurazioni e per ognuna di esse si è calcolato un rendimento, legato al valore della potenza scambiata tra il circuito idraulico e quello di ventilazione, con l’obiettivo di stabilire la soluzione ottimale dal punto di vista della riduzione della domanda di energia.
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