Progetto di un sistema per il recupero del calore prodotto da facciate ventilate ad alta efficienza energetica. Progetto e validazione fluidodinamica per l’integrazione di sistemi energetici sostenibili in architettura

due to the twofold opportunities offered by this technical system: the equally efficient adaptability to new and already existing constructions, joined with the ability to profit of the double advantage generated by integrating the passive and active exploitation of the sun-irradiated energy increase. The really built application referred-to in this paper concerns the high energy retrofitting system of the East and South façades of an industrial building located on the upper Plain of Po river, Northern Italy. Its typical climate is defined as temperate, a middle-way condition between Mediterranean and Continental, that anyhow profits of significant sun irradiation regime also in winter. The high energy ventilated façade, assembled on the pre-existing concrete panels vertical envelope, provides both a passive advantage, by shading the natural ventilation of the cavity, and the active supply of electric energy from the solar cells batteries installed on the exterior layer’s surface, the envelope’s “skin”. The main topic object of this research application concerns the exploitation of the naturally warmed air flow exhaling from the top of the cavity, under the sun irradiation: the air temperature increase is transferred to the air flow by the back-side of the “skin”, boosted by high thermal capacity of the solar cells. The result of this dynamical behaviour is the temperature increase of the air flow in the cavity, transferred into the flow speed acceleration and its additional heat content. Instead of dispersing this naturally produced energy increase amount into the atmosphere, the here reported project aims at exploiting the energy surplus via its extraction, by means of a specially designed architectural crowning element integrating the radiator to be assembled on the top of the ventilated façades. The radiator is meant to operate by the surplus energy take-off and transfer via the use of an Intermediate Fluid exchanger, based upon the properties of its physic state change. Main content of the paper is the description of the design process supported by fluid-dynamics simulation.

L'efficacia e l’installazione di facciate ventilate è una tecnica di riqualificazione ben nota utilizzata per la realizzazione di involucri edilizi ad alto risparmio energetico, questo a causa delle duplici opportunità offerte da questo sistema tecnologico: l'adattabilità, altrettanto efficiente, sia alle costruzioni nuove che già esistenti, unitamente alla capacità di guadagno grazie al doppio vantaggio generato dall'integrazione nel complesso edilizio, e dello sfruttamento passivo e attivo, dell'energia in eccesso irradiata dal sole. L'applicazione realmente trattata in questa tesi di laurea riguarda il sistema di riqualificazione ad alta energia delle facciate sud ed est di un edificio industriale situato sull'alta pianura del Po, nell'Italia settentrionale. Il suo clima tipico è definito come temperato, una condizione intermedia tra Mediterraneo e Continentale, e che in ogni caso approfitti di un significativo regime di irradiazione del sole anche in inverno. La facciata ventilata ad alta energia, montata sui pannelli in cemento prefabbricato preesistente, offre sia un vantaggio passivo, ombreggiando la ventilazione naturale dell’intercapedine, sia la produzione attiva di energia elettrica dalle celle solari dei moduli fotovoltaici installati sulla superficie dello strato esterno , la "pelle" dell’involucro. L'argomento principale di questa ricerca applicata riguarda lo sfruttamento del flusso d'aria naturalmente riscaldato, esalato dalla parte superiore dell’intercapedine, sotto l'irraggiamento del sole: l'aumento della temperatura dell'aria viene trasferito al flusso d'aria dal lato posteriore del pannello di rivestimento, alimentata dall’elevata capacità termica delle celle solari. Il risultato di questo comportamento dinamico è l'aumento della temperatura del flusso d'aria nell’intercapedine, che garantisce un accelerazione e aumento della velocità di flusso e del suo contenuto di calore aggiuntivo. Invece di disperdere nell'atmosfera questo aumento di energia prodotta naturalmente, il progetto qui riportato mira a sfruttare l'eccedenza energetica attraverso la sua captazione mediante un elemento di coronamento architettonico appositamente progettato che integra uno scambiatore da montare sulla sommità delle facciate ventilate. Il radiatore è destinato a funzionare con l'eccedenza di calore prodotta la cui energia viene trasmessa grazie all’utilizzo di un fluido termovettore. Il contenuto principale della tesi mira alla descrizione del processo di progettazione sostenuto dalla simulazione di fluidodinamica del sistema.