Sistemi di protezione solare a geometria complessa. Caratterizzazione delle proprietà ottico-radiative e modellazione parametrica per la determinazione dell'efficacia schermante

Actually, the wide interest in energy requirement reduction, together with installation and maintenance costs reduction of building components, spurs great attention to the research and development of innovative materials that can replace the existing ones in a building, providing a better performance. The present thesis work aims to investigate new materials to replace the currently existing ones in a building, for the realization of solar shadings and to provide the designer with useful tools which facilitate the choice of the most appropriate shading system. In the first part, many types of shields used today, the materials generally used and the design parameters so far proposed, are described. Afterwards, the materials research campaign, the characteristics and performance researched and the storage procedures adopted, are discussed. For the most meaningful samples to achieve the objective of the thesis, the solar and spectral transmission and reflection properties, measured for different incident angles of radiation by an experimental apparatus, described later, and for the only normal incidence by UV-VIS-NIR spectrometer, are shown. In the second part, according to the experimental results obtained, a numerical method for determining the shading efficacy of the tested samples, in relation to the incidence angle of radiation, or in the case of façade application and disposed in parallel with glazing closer, is suggested. The shading efficacy calculated can be varied changing some fundamental parameters such as, latitude, longitude, orientation vertical or horizontal position,. For a quick determination and consultation of the shading efficacy values of the samples collected, the text proposes a database elaborated in visual basic environment at which has been joined a further tool that allow the designer calculate the shading efficacy values of thin materials he had proposed. The last third part finally presents a script, elaborated in Grasshopper environment, for the solar transmittance valuation using the three-dimensional modeling of the samples. Through this tool, the designer can investigate the solar transmittance of the material for every latitude, longitude, orientation, or time period. Further, he can learn about other important information to design, for instance, the optimum angle to be given to the shielding and finally, using a colored gradient, the shading efficacy level that the sample has. This thesis work stands as an important step towards a more integrated and in-depth discussion of the shading systems, providing at the same time, several methods to calculate the effective shading properties of many materials.

Attualmente il grande interesse nei confronti della riduzione del fabbisogno energetico, unitamente alla riduzione dei costi di installazione e manutenzione dei componenti edilizi, stimola grande attenzione nei confronti della ricerca e dello sviluppo di materiali innovativi che possano sostituire quelli esistenti in ambito edilizio, fornendo prestazioni migliori. Il presente elaborato di tesi ha come obiettivo quello di indagare nuovi materiali, in sostituzione a quelli attualmente impiegati, per la realizzazione delle schermature solari e quello di fornire degli strumenti, utili al progettista, che facilitino la scelta del sistema schermante più adeguato. Nella prima parte, si descrivono le diverse tipologie di schermature impiegate oggi, i materiali generalmente adottati, e i parametri di progettazione finora utilizzati. Successivamente, si descrive la campagna di ricerca dei materiali, le caratteristiche, le prestazioni ricercate e le modalità di archiviazione adottate. Per i campioni più significativi ai fini dell’obiettivo di tesi, si presentano le proprietà di trasmissione e riflessione solare e spettrale, misurate per differenti angoli di incidenza della radiazione mediante un apparato sperimentale descritto in seguito e per la sola incidenza normale mediante spettrometro UV-VIS-NIR. Nella seconda parte, in relazione ai risultati sperimentali ottenuti, si propone un metodo numerico per la determinazione dell’efficacia schermante dei campioni testati, in funzione dell’angolo di incidenza della radiazione, ovvero, nel caso di applicazione in facciata e in parallelo a chiusure trasparenti, al variare di alcuni parametri fondamentali quali, la latitudine, longitudine, orientamento e posizione, verticale o orizzontale della stessa. Per una rapida determinazione e consultazione dei valori di efficacia schermante dei campioni raccolti si propone un database elaborato in ambiente visual basic, al quale è stato affiancato un ulteriore tool che consenta al progettista di calcolare i valori di efficacia di schermature sottili da lui proposte. Nell’ultima e terza parte, si presenta infine uno scripting, elaborato in ambiente Grasshopper, per la stima della trasmittanza solare mediante la modellazione tridimensionale dei campioni. Attraverso questo strumento il progettista potrà investigare sulla trasmittanza solare del materiale per qualsiasi latitudine, longitudine, orientamento, periodo o ora. Potrà inoltre conoscere altre numerose informazioni utili per la progettazione quali; l’inclinazione ottimale da attribuire alla schermatura e visualizzare, mediante un gradiente di colori, il livello di efficacia schermante che il campione possiede. Questo lavoro tesi si pone come un passo importante verso una trattazione sempre più integrata e approfondita dei sistemi di schermatura, offrendo nel contempo vari metodi per il calcolo delle effettive proprietà schermanti di vari materiali.