Experimental characterisation and modelling of capillary active material for internal insulating system

The aim of this thesis is to improve the characterisation of the physical properties of capillary active materials employed in the internal insulation systems. One of the most important property is the liquid water diffusivity Dw, which is evaluated by means of a new approach based on the Guarded Hot Plate Apparatus, which, under a temperature gradient, generates a water content difference between the upper and lower surfaces of the specimen. Determining an approximated water content distribution, the calculation of the liquid water diffusivity is possible when steady state conditions are reached. The innovative aspects are the simplicity of the method and the possibility to know the temperature influence on the liquid water diffusivity. Then, by means of the interpolation of the empirical data, a new semi-empirical distribution function of the liquid water diffusivity is proposed. The validity of the method is verified by means of a numerical simulation implemented in Comsol Multiphysics. Moreover, a case study describing the real response of an existing wall is analysed by means of a numerical model implemented in Comsol Multiphysics, in order to study the behaviour of the wall with respect to the risk of mould formation, which occurs at the interface between the insulating layer and the external wall. The Isopleth model is taken into account, which allows establishing if the condition of relative humidity and temperature behind the insulation is risky of safe. Finally, a new method able to predict the risk of mould formation in a preliminary and conservative way is presented, without employing a numerical simulation and overtaking the limit of the existing Glaser method, cannot describe the behaviour of capillary active. This limit is overtaken by the method here proposed, which analyses the vapour flux and the water liquid flux inside the material. The method presented is further validated by means of a numerical simulation by Comsol Multiphysics.

Lo scopo di questa tesi è l’approfondimento della caratterizzazione delle proprietà fisiche dei materiali capillari attivi utilizzati nei sistemi di isolamento interno. Una delle proprietà fondamentali è la diffusività di acqua liquida Dw, che è ricavata tramite un nuovo approccio basato su un dispositivo a piastra calda (Guarded Hot Plate Apparatus), il quale genera una differenza di contenuto di umidità tra la superficie superiore e inferiore del provino per mezzo di un gradiente di temperatura. Determinando un’approssimata distribuzione del contenuto di umidità, è possibile calcolare la diffusività di acqua liquida quando sono raggiunte condizioni di stato stazionario. L’aspetto innovativo risiede nella semplicità del metodo e nella possibilità di conoscere l’influenza della temperatura sulla diffusività dell’acqua liquida. In aggiunta, interpolando i dati ricavati, è proposta una nuova funzione semi-empirica di distribuzione della diffusività di acqua liquida. La validità del metodo è verificata tramite una simulazione numerica implementata in Comsol Multiphysics. In seguito è presentato un caso di studio che descrive la reale risposta di una parete, modellizzata tramite una simulazione dinamica implementata in Comsol Multiphysics, per studiare il comportamento della parete rispetto al rischio di formazione di muffa, che può presentarsi tra lo strato di isolante e la parete esterna. Per valutare il rischio di formazione di muffa è impiegato il modello delle Isoplete, il quale permette di stabilire se una certa condizione di umidità relativa e temperatura dietro lo strato di isolante è rischiosa o sicura. Infine è proposto un nuovo metodo capace di predire in modo preliminare e conservativo il rischio di formazione di muffa, senza l’utilizzo di una simulazione numerica e superando il limite dell’esistente metodo di Glaser esistente, il quale non permette di studiare i materiali capillari attivi. Questo limite è superato dal metodo proposto, che si basa sull’analisi del flusso di vapore e di acqua liquida all’interno del materiale isolante. Il metodo è validato tramite una simulazione dinamica implementata in Comsol Multiphysics.