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De Donno, Luciana

SMAS: materiali a memoria di forma. Potranno mai esistere in edilizia?

Rel. Orio De Paoli, Elena Piera Montacchini. Politecnico di Torino, Corso di laurea specialistica in Architettura, 2008

Abstract:

CRISI ENERGETICA: CERCHIAMO DI AFFRONTARLA

L'attuale situazione energetica del nostro paese si fa sempre più critica, gli ultimi fatti ci impongono un trend di crescita dei prezzi e una necessita comunque di ridurre i consumi.

Tutto ciò ci pone di fronte all' urgenza di valutare ed adottare I'uso di energie alternative la cui possibilità di produzione e illimitata in quanto energie rinnovabili e soprattutto possono essere prodotte a casa nostra senza dover dipendere da altri Stati e soprattutto dalle vicende politiche di quegli stessi stati fornitori, da conflitti, da subdoli accordi.

E' opportuno puntare su tutte le fonti rinnovabili, visto il grande potenziale della nostra penisola.

Sarebbe intelligente puntare sulle energie rinnovabili anche per creare nuovi posti di lavoro, nuove aziende, recuperare siti industriali dimessi, essere autosufficienti dal punto di vista energetico.

Abbiamo a nostra disposizione numerosi metodi e tecnologie per ovviare a codesti problemi.

I principali sistemi di produzione di energie rinnovabili, che attualmente iniziano ad essere oggetto delf attenzione non solo degli utenti ma anche delle pubbliche amministrazioni che incominciano timidamente a proporre e ne casi pili estremi quasi ad imporre I'uso di questo tipo di energie.

Ma quali sono i sistemi per produrre energie rinnovabili?

II sistema pili conosciuto e senza alcun dubbio il solare che consiste nell'insieme di diverse tecnologie finalizzate alla produzione di acqua calda sanitaria ed energia elettrica.

Nel solare termico, I'impianto e composto da un dispositivo attraverso il quale si scalda il fluido chiamato collettore, o pannello, solare e da un serbatoio dove viene riposta I'acqua scaldata, in attesa di utilizzo.

Si sta attualmente diffondendo I'utilizzo dell'energia solare anche per la produzione di energia elettrica, attraverso I'uso di pannelli fotovoltaici grazie anche agli incentivi statali predisposti per la diffusione di tale metodologia.

Un altro valido sistema per produrre calore consiste nell'utilizzo di biomassa e cioè materiali di origine organica.

Le più importanti tipologie di biomassa sono i residui forestali, gli scarti industriali della trasformazione del legno (trucioli, 4 segatura. etc.), gli scarti delle aziende zootecniche. gli scarti

mercatali, le alghe e colture acquatiche e, non per ultimi i rifiuti solidi urbani.

L'uso di biomassa comporta numerosi vantaggi quali la facilita di estrazione energetica e la economicità.

Inoltre I'uso di biomasse non contribuisce all'effetto serra e contiene basse quantità.

I metodi più diffusi di utilizzo delle biomasse si esplicano nella produzione di pellet e brichetti che possono essere poi facilmente utilizzati come combustibile.

I pellets sono prodotti con la polvere ottenuta dalla sfibratura dei residui legnosi. pressata da apposite macchine in piccoli cilindretti.

Mentre i brichetti sono ottenuti con lo stesso metodo ma hanno tagli più grandi simili ai ciocchi di legno.

I legnami utilizzati devono essere vergini e non vengono utilizzate colle durante la pressatura.

Caratteristica di questo metodo e il grande potere calorifero ed e indicato, per la sua praticità, per piccoli e medi impianti residenziali, che prevedono I'utilizzano di speciali stufe a pellets.

Altro interessante metodo per ottenere riscaldamento degli ambienti e dell'acqua sanitaria ma anche per la climatizzazione e lo sfruttamento dell'energia geotermica attraverso le pompe di calore, che sono macchine in grado di trasferire calore, da un corpo a temperatura più bassa (sorgente fredda) ad un corpo a temperatura più alta (pozzo caldo).

A seconda delle temperature esterne si possono avere casi in cui la pompa di calore e in grado di soddisfare interamente dar fabbisogno termico e casi in cui e necessario fare ricorso al sistema bivalente, che fa ricorso ad un riscaldamento ausiliario che intervenga quando la temperatura scende sotto gli 0 °C fini del massimo rendimento energetico, soprattutto in riferimento a nuove costruzioni e molto importante utilizzare tecnologie costruttive capaci di sfruttare al meglio le risorse energetiche t proprio del luogo e porre particolare attenzione alla scelta dell'orientamento e dell'ubicazione di un edificio poiché possono influire notevolmente sulle future prestazioni termiche del manufatto e del comfort degli spazi interni.

L'orientamento indica il punto cardinale verso il quale e rivolta la faccia dell'edificio.

Poiché nel nostro emisfero, I'arco apparente percorso dal sole si svolge in direzione Sud, questo orientamento risulta quello ottimale per favorire il guadagno energetico nel periodo invernale, mentre I'orientamento verso nord, che riceve la radiazione solare in misura ridottissima, ed e spesso esposto ai venti freddi invernali, e soggetto alle dispersioni termiche dell'involucro edilizio.

II corretto orientamento degli ambienti interni, in funzione delle attività svolte, può richiedere un basso apporto energetico per rinfrescare o riscaldare gli ambienti.

L'orientamento e fondamentale per I'utilizzo dei sistemi solari passivi dove tutti quei sistemi capaci di sfruttare I'energia mediante I'utilizzo di idonei accorgimenti architettonici in grado di captare i raggi solari ed accumularli sotto forma di calore all'interno dell'edificio.

II metodo più semplice per sfruttare I'energia solare per il riscaldamento degli ambienti e quello a guadagno diretto.

Le radiazioni solari dirette e diffuse penetrano, infatti, attraverso le superfici vetrate degli edifici e vengono assorbite dai differenti elementi che compongono I'ambiente (pareti, pavimenti, arredi).

Nelle ore notturne, questi cedono il calore riducendo notevolmente le oscillazioni di temperature. Inoltre, questo tipo di intervento non richiede particolari costi aggiuntivi per la costruzione dell'edificio ma solo un'accurata progettazione dimensionale degli elementi architettonici.

Interessante esempio di sistema solare passivo e la serra solare che consiste in uno spazio chiuso, separato dall'ambiente esterno mediante pardi vetrate e collegato alla costruzione con aperture, eventualmente apribili: la copertura può essere vetrata o opaca a seconda della latitudine e delle esigenze termiche richieste in fase di progettazione.

La serra e un volume il contributo all'edificio della radiazione solare, trasformata in energia termica e immagazzinata all'interno della serra stessa.

Un sistema molto comune per realizzare delle serre solari riguarda la creazione di ambienti vetrati accostati alla parte esterna dell'edificio.

Una strategia passiva simile alla serra solare e il Muro di Trombe consistente in un collettore solare a parete costituito da una muratura spessa, in laterizio, in pietra o in calcestruzzo (che costituisce la massa di accumulo), dotata di aperture in alto e in basso, con una superficie annerita e protetta da una lastra a doppio vetro posta a 10 cm di distanza.

La radiazione solare viene intrappolata per effetto serra dietro il vetro, ed in seguito viene trasformata in calore poi ceduto al muro termico vero e proprio parte dell'intercapedine.

L'opportuna apertura e chiusura delle aperture permette così il riscaldamento invernale ed il rinfrescamento estivo.

La resa ottimale del sistema dipende dallo spessore del muro ed in generale esiste pertanto una fascia ottimale di spessore per ogni materiale, superata la quale ulteriori incrementi dello spessore non producono sostanziali benefici.

Anche la scelta dei materiali da costruzione e fondamentale per il comfort termico ed abitativo dell'edificio.

A questo scopo si sta sempre più diffondendo I'uso in edilizia di blocchi in laterizio alleggeriti che non presentano, al termine del ciclo produttivo e in condizioni di permanenza in opera, particolari rischi per la salubrità degli ambienti interni ed hanno elevate proprietà termocoibenti che dipendono, oltre che dal tipo di materiale anche dallo spessore della muratura e dal disegno della foratura.

II potere fono isolante della muratura e alto per il maggior peso del blocco in laterizio termoisolante.

Anche le finiture hanno il loro peso nella determinazione del comfort termico degli edifici ed in particolare gli intonaci in argilla hanno la 4 capacita di accumulare calore ed umidità.

Essa assorbe molto velocemente "umidità dall'aria, la accumula e poi la cede nuovamente, regolando in questo modo il clima interno naturalmente.

L'uso di intonaci a base di argilla e molto efficace nel caso in cui vengano impiegati riscaldamenti a parete in quanta il materiale e termo accumulatore e termoregolatore.

Quelli sopra elencati sono solo un po' degli accorgimenti che bisognerebbe adottare, oggigiorno risparmiare energia e un dovere, dato che chi costruisce una casa produce effetti per generazioni.

La provincia di Balzano ha introdotto la Certificazione energetico .CasaClima" che, sull'esempio della classificazione degli elettrodomestici, ha applicato il metodo delle lettere e dei colori per indicare i bilanci energetici delle abitazioni.

Si tratta di un vero e proprio documento di identità con tutte informazioni energetiche necessarie all'inquilino, utili anche per individuare i punti critici dell'abitazione nel caso di ulteriori interventi t di miglioramento dei consumi.

II comune di Bolzano e il primo in Italia ad aver introdotto "obbligo della certificazione ed ha anche prescritto 10 standard energetico per tutti il territorio, cioè almeno lo standard C (inferiore a 70 KWh/m2/anno ).

Il certificato CasaClima informa il consumatore attraverso una presentazione semplificata riguardo il fabbisogno energetico di una coso.

Il senso del certificato di CasaClima e, tra le altre cose, quello di facilitare l'utente nel decidere l'acquisto o "affitto di un'abitazione mediante la trasparenza dei costi energetici.

Gli edifici che possiedono un particolare risparmio energetico vengono classificati con la targhetta CasaClima.

Le case con un indice termico al di sotto dei 50 KWhper mq all'anno ricevono una targhetta CasaClima B.

Se invece l'indice termico si trova al di sotto dei 30 KWh per mq altro, l'edificio riceve la targhetta CasaClima A.

La denominazione CasaClimapiu viene data a quegli edifici abitativi che vengono costruiti in modo ecologico e che utilizzano energie rinnovabili per il proprio fabbisogno di calore.

La scopo di questa denominazione e di promuovere lo sviluppo di costruzioni realizzate nel pieno rispetto dell'ambiente.

Numerose amministrazioni stanno inoltre introducendo all'interno dei loro regolamenti edilizi direttive per incentivare "uso di energie rinnovabili.

Oltre a tutti gli accorgimenti che sono stati citati sopra ci sono nuovi materiali come i materiali a memoria di forma che sono molto conosciuti in altri settori, ma completamente sconosciuti in quello edilizio.

Si cercherà in questa tesi di analizzare il materiale per scoprire in che ambiti dell'edilizia possa essere inserito.

Questo materiale ha numerose proprietà che potrebbero essere utili per la ventilazione naturale, per la chiusura degli schermi senza il C bisogno di corrente elettrica e per far ruotare i pannelli solari e fotovoltaici in base al ciclo del sole, utilizzando la capacita di modificarsi in base alla temperatura.

Relatori: Orio De Paoli, Elena Piera Montacchini
Soggetti: A Architettura > AO Progettazione
T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TE Tecnologia dei materiali
A Architettura > AS Storia dell'Architettura
Corso di laurea: Corso di laurea specialistica in Architettura
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/1219
Capitoli:

PARTE PRIMA

INTRODUZIONE

Crisi Energetica: cerchiamo di affrontarla

CAPITOLO 1

1.1. SMAs: caratteristiche generali Pag.21

1.2. Cenni storici Pag.23

1.3. Glossario terminologia delle leghe NiTi Pag.25

CAPITOLO 2

2.1. SMAs di utilizzo commerciale Pag.29

2.1.1 Leghe NiTi Pag.30

2.1.2.Leghe a base Cu Pag.35

CAPITOLO 3

3.1. Trasformazioni microstrutturali Pag.39

3.2. Trasformazione martensitica Pag.47

3.3. Superelasticita Pag.55

3.4. Transizione di Fase R Pag.58

CAPITOLO 4

4.1.Trattamenti termici

4.1.1 Ciclaggio termico della martensite Pag.63

4.1.2. Effetto dell'invecchiamento sulla fase R Pag.65

CAPITOLO 5

5.1. Meccanismi di recupero della forma

5.1.1 A una via(One Way Memory Shape Effect)Pag.68

5.1.2 A due vie(Two WaysMemoryShape Effect)Pag.69

CAPITOLO 6

6.1. Recupero di forma Pag.70

6.1.1. Libero Pag.70

6.1.2. Vincolato Pag.71 _

6.1.3. Controllo proporzionale Pag.73

CAPITOLO 7

7.1 Metodi di caratterizzazione Pag.76

7.1.1 Metodo DSC Pag.76

7.1.2 Resistivita Pag.76

7.1.3 Carico applicato Pag.77

7.1.4 Test di trazione Pag.77

CAPITOLO 8

8.1 Esempi di applicazione Pag.78

8.1.1 Antenne Pag.80

8.1.2. Appl. Biomedicali Pag.81

8.1.3. Attuatori Pag.84

8.1.4. Design Pag.88

8.1.5. Occhiali Pag.92

8.1.6. Tessuto Pag.94

8.1.7. Schermi Fendinebbia Pag.95

CAPITOLO 9

9.1. Nuovi materiali a memoria di forma Pag.96

(Pol iuretano )

9.2. Utilizzo del Poliuretano

9.1.1. Giocattoli Pag.97

9.1.2. Materassi Pag.98

9.1.3. Applicazioni biomedicali Pag.100

CAPITOLO 10

PARTE SECONDA

10.1.Sara possibile utilizzarli in edilizia?

CAPITOLO 11

11.1. Pannelli solari

11.1.1. Inseguitori solari

11.1.2. IL progetto:i girasoli

11.2.1. Quadro normativo

11.2.2. Ventilazione mediante camini

11.2.3. IL progetto:ventilazione 1

11.2.4.IL progetto:ventilazione 2

11.3. Schermi

11.3.1. IL progetto: brise soleil

BIBLIOGRAFIA

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