SHADE. Adaptive shading devices with shape memory materials

The aim of this Master Thesis is to investigate the possibility of designing a shading system for buildings based on Shape Memory Materials (SMMs). Those materials are able to change shape under external stimuli (heat, light, chemical agents): if we can integrate this technology with shading devices, the result is a building component that can dynamically shade the glazed surfaces of a façade accordingly to the sun path without mechanical elements and without consuming energy. In the first part, we are showing the issues concerning shading solar radiation in buildings and we are giving an overview about the current situation of research on SMMs, mainly concerning Shape Memory Alloys (SMAs). In addition, several possible concept designs employing Shape Memory Materials are presented. In the second part, we developed one of the possible concept designs, which is the twinning cylinders with thermal control box and SMA spring, in terms of technologic detail design, interface with shape memory alloy springs and mechanical design, prototyping and material selection, energy performances and configuration optimization.

Lo scopo di questa Tesi è quello di investigare sulla possibilità di progettare un sistema di schermature solari per edifici basato su materiali a memoria di forma (SMMs). Questi materiali possono cambiare forma sotto l’azione di uno stimolo esterno (termico, luminoso, chimico): integrando questa tecnologia con schermature solari, è possibile ottenere un componente edilizio che può cambiare schermare dinamicamente le superfici trasparenti in facciata secondo il movimento del sole, senza elementi meccanici e senza consumare energia. Nella prima parte, verranno esposte le problematiche riguardanti la schermatura della radiazione solare negli edifici e verrà fornita una panoramica riguardo lo stato dell’arte nella ricerca sugli SMMs, concentrandoci principalmente sulle leghe metalliche a memoria di forma (SMAs). In aggiunta, sono presentati diversi schemi di funzionamento e concept design che utilizzano gli materiali a memoria di forma al loro interno. Nella seconda parte, viene sviluppato nel dettaglio uno di questi concept design in termini di progettazione tecnologica dettagliata, interfaccia con molla in legha metallica a memoria di forma e progettazione dei meccanismi, prototipazione e selezione dei materiali, prestazioni energetiche e ottimizzazione delle configurazioni.