Analisi dei fenomeni di condensa e ventilazione per facciate ventilate e double-skin e sviluppo di metodi codificati di progettazione

The thesis analyzes the thermo-hygrometric behaviour of Double Skin Façade with the scope to porpose at first a comparative evaluation, in therms of quantity and quality, of actual calculation procedures according to European and American standard; then a Tool for the performance calculation of double skin module with fluid dynamics analysis (CFD) with parametric and optimized approach for façade contractors, designers and clients. The study, developed at the company FRENER & REIFER GmbH (Bressanone, Italy) with the collaboration of EURAC Research (Bolzano, Italy), starts from the analysis of three company’s case-studies where the DSF modules showed surface condensation for several hours of the day. The project cames to control and evaluate thermal and fluid dynamic phenomenons inside Double Skin Façades with ventilated cavity, wich the actual standard methods do not consider and suggest just a simplified approach. This scenario creates unclear situations where the system respects the standards but shows condensation when it is installed on site. The alternative at standard method is fluid dynamic analysis, which needs specific skills and it is cost- and time-consuming. The idea of this research project is to introduce a solution for the calculation of DSF modul’s performance and to propose methods and tools for filling the lack of standards in this topic. The thesis starts from the technical and performance analysis of three case-studies and their non-compliances about condensation. Then the work shows the comparative evaluation of the performance of double skin module according to standard with simplified (with tables) and analytic approach (with thermal softwares). After that, the CFD model is developed with the software “COMSOL Multiphysics” and thanks to the Application Builder the Tool is created. The Tool needs an approximation of the frame’s section and is completely customizable for boundary conditions and geometrical parameters. This Tool could be used by designers for pre-valutation of DSF in therms of thermal trasmittance, g-value and relative humidity inside the cavity. Potential developments could be the improvement of the Tool for a detailed analysis with real components of the module, moreover the last chapter introduces some proposals to modify the actual standard method.

La presente tesi ha come oggetto lo studio del comportamento termo-igrometrico di facciate complesse composte da moduli doppia pelle (Double Skin Façade DSF) con l’obbiettivo di proporre, in prima istanza, una valutazione comparativa, sia qualitativa che quantitativa, delle attuali procedure di calcolo di tale sistema di facciata sulla base della normativa europea e internazionale, e, in secondo luogo, un tool di calcolo per la determinazione delle performance del sistema con una valutazione fluidodinamica (CFD Computational Fluid Dynamics) con approccio parametrico e ottimizzato rispetto ai tempi di modellazione e di calcolo ad uso del progettista, sia esso il consulente del cliente o il façade contractor. Lo studio, sviluppato presso l’azienda FRENER & REIFER GmbH di Bressanone (BZ, Italia) in collaborazione con EURAC Research, parte dall’analisi di tre case-studies aziendali, dove i moduli doppia pelle installati hanno riscontrato dei fenomeni di condensa in alcune ore della giornata. Il progetto di ricerca prende origine dalla necessità di valutare e controllare con rigore e chiarezza i fenomeni termici e fluidodinamici che si instaurano all’interno di facciate doppia pelle con intercapedine ventilata, dei quali è difficile avere piena padronanza con gli attuali metodi proposti dalla normativa vigente che non tengono conto della complessità del sistema fornendo esclusivamente un approccio semplificato al problema. Si creano, di conseguenza, situazioni ambivalenti e ambigue, in cui il sistema, pur rispettando la normativa, può presentare in opera fenomeni di condensa non previsti. Ad oggi, per il progettista l’alternativa ai metodi di calcolo da normativa, è quella di ricorrere ad un calcolo fluidodinamico che richiede alta competenza e si presenta di norma complesso, ed estremamente cost- and time-consuming. Pertanto, spesso questa opzione non è sostenibile e non resta che ricorrere alla normativa verificando il sistema attraverso il procedimento semplificato. Da qui, l’idea del progetto di ricerca, con l’obbiettivo di proporre una soluzione percorribile alla valutazione delle performance di sistemi di facciata doppia pelle che sempre più di frequente vengono adottati nei progetti e, di conseguenza, per incentivarne l’uso attraverso una determinazione consapevole e confidente delle prestazioni. Il lavoro di ricerca parte dall’analisi di tre case studies: le soluzioni tecniche adottate, i dettagli esecutivi, le specifiche di progetto e le problematiche riscontrate. Si prosegue con la valutazione comparativa delle prestazioni secondo le procedure previste dal quadro normativo vigente con metodi semplificati ed analisi agli Elementi Finiti (FEM) per poi passare all’analisi Fluidodinamica (CFD) tramite il software COMSOL Multiphysics per mezzo del quale viene creato il nuovo Tool di calcolo rivolto ai progettisti per il pre-dimensionamento e la pre-valutazione del sistema di facciata attraverso un’approssimazione della definizione geometrica del modello. In questa prima fase, si ha una modesta customizzazione del sistema e una valutazione del problema con un modello fluidodinamico con interfaccia semplificata. Potenziali sviluppi di tale lavoro si propongono di raffinare sempre più il Tool per consentire una modellazione accurata e puntuale del sistema e pertanto una valutazione ad hoc. Contemporaneamente si potranno discutere gli attuali metodi normativi proposti per sviluppare nuovi sistemi di certificazione dedicati alla valutazione di sistemi doppia pelle.