Sviluppo di un nuovo metodo per la caratterizzazione del flusso d'aria in un prototipo di facciata a doppia pelle (DSF) tramite simulazioni CFD e test sperimentali con strumenti di misura puntuali

Buildings account for 40% of energy consumption in the European Union, making the energy transition essential to reduce their impact. In this context, ventilated façades have increasingly been adopted in both new constructions and retrofits as a strategy to improve performance. To better understand their actual behaviour, it is necessary to rely on both computational fluid dynamics (CFD) simulations and experimental analysis. However, a consolidated methodology for reliably characterising airflow is still lacking. This thesis, developed in collaboration with Eurac Research (Bolzano), aimed to determine the natural airflow rate in ventilated cavities using non-invasive measurement instrumentation. The study was carried out on a double-skin façade (DSF) prototype through an integrated approach that combined two-dimensional CFD simulations with an experimental campaign based on monodirectional anemometers and tracer gas (CO₂) measurements, following two methodologies (CDM and CIM). The results revealed discrepancies between simulations and experimental data, emphasising the three-dimensional and transient complexity of the flow. While simulation depicted a consistent and relatively stable pattern, experimental data exhibited more pronounced variability, complicating the attribution of a single pattern. The two experimental methodologies proved complementary: the CDM required correction coefficients, whereas the CIM ensured greater stability. The research therefore provides a basis for developing a more precise methodological approach to identify the optimal positioning of instruments within the cavity. In this context, the utilisation of three-dimensional and transient CFD models is recommended, as they allow a more precise representation of fluid dynamic phenomena and wind effects, whose prediction has been demonstrated to be particularly arduous. These findings contribute to the broader objective of optimising the monitoring and control of double-skin façades —and ventilated façades in general—in order to enhance their energy performance.

Il fabbisogno degli edifici è responsabile del 40% del consumo energetico dell'UE, rendendo necessario iniziare una transizione energetica per ridurre i consumi. In questo contesto, negli ultimi anni le facciate ventilate sono state spesso adottate sia in edifici di nuova costruzione sia negli interventi di retrofit, come soluzione per migliorarne le prestazioni. Per poter comprendere meglio il loro comportamento effettivo è necessario ricorrere sia a software specializzati nell’analisi termo fluidodinamica (CFD) sia ad analisi sperimentali, che tuttavia non possiedono ancora una metodologia consolidata per caratterizzare il flusso d’aria in modo affidabile. Questa tesi, sviluppata in collaborazione con il centro di ricerca Eurac Research di Bolzano, ha avuto lo scopo di determinare la portata d’aria naturale nelle cavità ventilate mediante strumenti non invasivi. Lo studio è stato condotto su un prototipo di facciata a doppia pelle (DSF) attraverso un approccio integrato, che ha combinato simulazioni CFD bidimensionali e una campagna sperimentale basata sugli anemometri monodirezionali e sull’impiego di gas tracciante (CO2) secondo due metodologie (CDM e CIM). I risultati hanno mostrato discrepanze tra simulazioni e dati sperimentali, che mette in evidenza la complessità tridimensionale e transitoria del flusso, in cui le simulazioni mostrano un quadro coerente e relativamente stabile, mentre i dati sperimentali hanno restituito una variabilità più marcata, difficilmente riconducibile a uno schema unico. Le due metodologie sperimentali hanno fornito esiti complementari, in cui il CDM ha richiesto coefficienti correttivi, mentre il CIM ha garantito una maggiore stabilità. La ricerca pone dunque le basi per la definizione di un percorso metodologico più preciso, al fine di poter individuare le posizioni ottimali della strumentazione all’interno della cavità. Per tale scopo si raccomanda l’adozione di modelli CFD tridimensionali e transitori, capaci di rappresentare con più accuratezza i fenomeni fluidodinamici e gli effetti del vento, la cui previsione è risultata complessa. Il tutto in vista dell’obiettivo finale di ottimizzare il monitoraggio e il controllo delle facciate a doppia pelle, e più in generale delle facciate ventilate, per contribuire a migliorarne le prestazioni energetiche.