Smart window for thermal and visual comfort in cognitive buildings. Modelling and surveying for efficient system adaption in renovation cases

The aim of this document is to expose the modelling of a dynamic window system readjusting to variable conditions to reach comfort requirements: this design will be focused on the fulfilment of well-being criteria through the survey of dominant parameters and mechanical activations. Initial phase of the development will be related to the set-up of a dynamic module, endowed with the sensors to examine ruling variables evolution and automated components responding to the change in comfort needs. A parametric analysis will then be performed on the building-to-climate dependency and focuses on the management of the resulting data through a deep examination of the influencing conditions. Moreover, priorities are defined to determine the logical hierarchy on which a functioning scheme will be built. Comfort conditions adjustment by means of a dynamic shading device is evaluated: solar control profile will be determined in consequence of thermal comfort assumptions and natural light contributions, resulting on a window back-up optimized memory, which rectifies the variables according to seasonal variation. Technical integration in window-to-wall joints is investigated, by analysing heat losses through thermal bridges. Last step of the module composition is carried out with the encasement of the window in a thermally efficient subframe: a multi-adaptive element will be designed to improve the thermal efficiency of the external wall in various renovation case studies. The added value of the proposed module is the faculty to simplify the “smartening” process of a building, reached through adaptability and automation of the built-in components, allowing an overall comfort evaluation and control, generally handled by building management systems (BMS).

Questo documento propone la modellazione di un serramento dinamico che si adatti a condizioni variabili al fine di soddisfare i livelli di comfort propri di un edificio residenziale: la ricerca si focalizza sull’adempimento dei criteri di benessere attraverso il rilevamento dei parametri dominanti e per mezzo di attivazioni meccaniche. Lo sviluppo del modulo partirà dalle impostazioni geometriche e dall’integrazione di dispositivi utili: sensori necessari alla valutazione dell’evoluzione delle variabili determinanti e componenti meccanici che risponderanno alle variazioni. Un’analisi parametrica verrà successivamente condotta sulle correlazioni tra clima e comportamento termico dell’edificio: la gestione dei dati risultanti sarà basata sulla previsione dell’influenza delle condizioni che ne contraddistinguono il profilo. La gerarchia delle priorità caratterizzanti lo schema di funzionamento verrà inoltre valutata, di conseguenza saranno definite le proposte di limiti per l’attivazione delle componenti meccaniche. L’adattamento ai livelli di comfort tramite il sistema di oscuramento viene quindi investigato: il profilo di controllo solare viene determinato di conseguenza ai presupposti di comfort termico e ai contributi di illuminamento naturale, risultando di una memoria di back-up ottimizzata che rettifica la posizione adatta rispetto alle variazioni stagionali. L’evoluzione del nodo costruttivo parete esterna-serramento viene approfondito per mezzo di un’analisi dei flussi di calore attraverso i ponti termici: si giunge infine alla proposta di un falso telaio isolato termicamente, la cui proprietà rilevante è l’adattabilità alle diverse tecnologie di chiusura esterna adottate dagli anni ‘50 in poi.