Application of thin film photovoltaics to the kinetic shading devices in buildings

This thesis discusses how a kinetic solar shading device can affect the sustainability of a building and how it can control the energy consumption in the building in terms of reducing the cooling loads by decreasing the internal temperature, while providing a comfortable place for the occupants. In this process by the use of digital softwares, the most proper shape for a shading device is gained. A shape which can control the harmful solar radiation while keeping good daylight in the building. This thesis also discusses how the application of thin film photovoltaics as the materials of shading device can improve the performance and reduce the amount of electrical energy consumed in the building, specially the electrical energy required for the shading system to perform. The photovoltaic panels produce enough amount of electricity to activate the actuators for moving the shading device in the way that it becomes adaptable to the surrounding environment. All the analyses have been done for the city of Milan as a case study for the purpose of climatic evaluations. The same system is applicable for any other location all around the world with some small modifications regarding to the control system. At the end there will be a comparison of occupant comfort of the building for the proposed shading device and anormal building without shading device and some existing buildings using kinetic shading devices.

Scopo di questa tesi è quello di valutare come un dispositivo di schermatura solare cinetica possa influenzare la sostenibilità di un edificio e come lo stesso possa controllare il consumo di energia nell'edificio in termini di riduzione dei carichi di raffreddamento, diminuendo la temperatura interna e garantendo un luogo confortevole per gli occupanti. In questo processo, mediante l'ausilio di software digitali, si riesce ad ottenere la forma più appropriata per un dispositivo di ombreggiatura, una forma in grado di controllare la radiazione solare nociva mantenendo un buon livello di illuminazione naturale nell'edificio. Questa tesi verifica anche come l'applicazione del fotovoltaico a film sottile, quale materiale del dispositivo di ombreggiamento, possa migliorare le prestazioni e ridurre la quantità di energia elettrica consumata nell'edificio, specialmente l'energia elettrica richiesta per il funzionamento del sistema di ombreggiamento. I pannelli fotovoltaici producono una quantità di elettricità sufficiente ad attivare gli attuatori che muovono il dispositivo di ombreggiamento in modo che si adatti alle condizioni dell'ambiente circostante. Ai fini delle valutazioni climatiche, tutte le analisi sono state fatte per la città di Milano come caso studio. Lo stesso sistema è utilizzabile in qualsiasi altra località del mondo con alcune piccole modifiche riguardanti il sistema di controllo. La tesi si conclude con un confronto tra il comfort degli occupanti l'edificio con il dispositivo di schermatura proposto, il comfort nello stesso edificio privo del dispositivo di schermatura ed il comfort in alcuni edifici esistenti che già utilizzano dispositivi di schermatura cinetica.