Thermal transfer dynamics and performance evaluation of additively manufactured multilayer walls

This research investigates the thermal performance of a multifunctional, additively manufactured multilayer wall component (M3AM), focusing on the physical and thermal properties influencing heat transfer within air layers and the impact of thermal load distribution between layers through coupling and stack ventilation. The study begins by comparing steady-state and transient thermal simulations to gain deeper insights into the system's thermal behavior. A custom Python code was developed for the steady-state analysis, integrating various thermal transfer strategies across multiple case studies. For transient simulations, a simple cubic office room, partially enclosed by the M3AM, was modeled using the TRNSYS Plugin for Rhino in Grasshopper (Trnlizard). Simulation results were compared across monolayer and multilayer configurations. The study further examines the effects of coupling and stack ventilation, with final assessments of various case studies based on energy loads. The optimization of the system reveals that incorporating 13% M3AM wall in the façade can lead to a reduction of approximately 26% in heating and cooling energy loads.

Questa ricerca indaga le prestazioni termiche di un componente murario multifunzionale, fabbricato in modo additivo e multistrato (M3AM), concentrandosi sulle proprietà fisiche e termiche che influenzano il trasferimento di calore all'interno degli strati d'aria e sull'impatto della distribuzione del carico termico tra gli strati attraverso l'accoppiamento e la ventilazione a camino. Lo studio inizia confrontando simulazioni termiche stazionarie e transitorie per ottenere una comprensione più approfondita del comportamento termico del sistema. È stato sviluppato un codice Python personalizzato per l'analisi in stato stazionario, integrando varie strategie di trasferimento termico in diversi studi di caso. Per le simulazioni transitorie, è stata modellata una semplice stanza d'ufficio cubica, parzialmente chiusa dal M3AM, utilizzando il Plugin TRNSYS per Rhino in Grasshopper (Trnlizard). I risultati delle simulazioni sono stati confrontati tra configurazioni monostrato e multistrato. Lo studio esamina ulteriormente gli effetti dell'accoppiamento e della ventilazione a camino, con valutazioni finali di diversi studi di caso basate sui carichi energetici. L'ottimizzazione del sistema rivela che l'incorporazione del 13% di parete M3AM nella facciata può portare a una riduzione di circa il 26% dei carichi energetici di riscaldamento e raffreddamento.