Ilaria Vigna
PCM2SHAD, Phase Change Material PolyCarbonate Modulating Solar Heat gain And Daylight : analisi sperimentale di un componente sschermante in policarbonato alveolare e materiale a cambiamento di fase, ai fini della riduzione della domanda energetica per raffrescamento e illuminazione artificiale : accordo di programma MSE-ENEA, ricerca di sistema elettrico.
Rel. Valentina Serra, Valerio Roberto Maria Lo Verso, Gabriele Masera. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città, 2015
Abstract: |
Abstract Il progetto di tesi si inserisce nel quadro della Ricerca di Sistema Elettrico "Accordo di Programma MSE-ENEA", sviluppando il concept di un componente schermante in policarbonato alveolare integrante materiale a cambiamento di fase ai fini di: - modulare i carichi solari entranti; - implementare l'inerzia termica del componente trasparente; - regolare la radiazione luminosa, evitando fenomeni di abbagliamento e mantenendo livelli di illuminazione naturale adeguati. Le potenzialità di questa tecnologia di involucro trasparente, caratterizzata da un comportamento dinamico e adattivo, sono state studiate attraverso la realizzazione di un prototipo, "PCM2SHAD," e la conseguente analisi sperimentale delle sue potenzialità nel ridurre la domanda energetica per raffrescamento e illuminazione artificiale. Le fasi di testing sono state condotte sia a livello di materiale in laboratorio (caratterizzazione termica e spettrofotometrica) che di componente/sistema (misure sull'apparato sperimentaleTWINS - outdoor test cells). Si è scelto di testare differenti configurazioni per analizzare l'effetto del colore del policarbonato (cristallo/opale/blu/verde), delle diverse tipologie di PCM (sali idrati, paraffina e bio based) e delle differenti temperature di fusione (35-44 °C e 26-28°C) sulla prestazione energetica e luminosa del sistema. |
---|---|
Relators: | Valentina Serra, Valerio Roberto Maria Lo Verso, Gabriele Masera |
Publication type: | Printed |
Subjects: | S Scienze e Scienze Applicate > SH Fisica tecnica T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TE Tecnologia dei materiali |
Corso di laurea: | Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città |
Classe di laurea: | UNSPECIFIED |
Aziende collaboratrici: | UNSPECIFIED |
URI: | http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/4411 |
Chapters: | INDICE Capitoli 1.Introduzione 2.Proprietà termo-fisiche 3.PCM 4.Policarbonato alveolare 5.Componenti schermanti 6.Prototipo di pannello 7.Analisi sperimentale 8.Concept applicativo 9.Conclusioni 10.Riferimenti |
Bibliography: | Bibliografia CAPITOLO 1 Introduzione Atanasiu B., "Principles for Nearly Zero Energy Buildings. Paving the way for effective implementation of policy requirements". Report Buildings Performance Institute Europe (BPIE), Brussels 2011 Direttiva 2010/31/EU del Parlamento Europeo e del Consiglio dell'Unione Europea emanata il 19 maggio 2010 relativa alla prestazione energetica degli edifici D.M. 26/06/2015, "Adeguamento del decreto del Ministro dello sviluppo economico, 26 giugno 2009 - Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici" Goia F., Perino M., Serra V., Zanghirella F., "Towards an active, responsive and solar building envelope". Journal of Green Building, 4 vol.5 (2011) L.R. n. 3 dell'11 marzo 2015, "Disposizioni regionali in materia di semplificazione" Perino M., "IEA Annex 44 - State of the art review of responsive building elements", vol.2, Aalborg University, 2008 Perino M., Serra V., Zanghirella F., Kindinis A., "Elementi responsivi e concetti integrati edificio/impianto". Rapporto sulle attività della IEA ECBS Annex 44. Report RSE 2009 www.annex44.civil.aau.dk www.rehva.eu CAPITOLO 2 Proprietà termo-fisiche Augenti V., Stefanizzi P., "Considerazioni su soluzioni di involucro opaco in regime termico dinamico". Costruire in laterizio, 15(2008), pp. 50-53 Baratta A., Venturi L., "Prestazioni termiche di pareti perimetrali in regime dinamico". Costruire in laterizio, 122(2008), pp. 62-67 D.M. 26/06/2009, “Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici" legge D.P.R. n.59 del 2 aprile 2009, "Regolamento di attuazione dell'articolo 4, comma 1, lettere a) e b), del decreto legislativo 19 agosto 2005, n. 192, concernente attuazione della direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico in edilizia" monografia Fiorito F.f "Involucro edilizio e risparmio energetico", Dario Flaccovio Editore, Palermo 2009 report Gugliermetti F., Bisegna F., Monti L., "Linee guida per l'utilizzazione della luce naturale". Ricerca di Sistema Elettrico ENEA, Report RdS 2010 lezione Poli T., Pansa G., "Involucro trasparente e apporti solari gratuiti", Politecnico di Milano 2010 legge UNI 10840 del 2007, "Luce e illuminazione - Locali scolastici - Criteri generali per l'illuminazione artificiale e naturale" legge UNI EN ISO 10077 del 2007, "Prestazione termica di finestre, porte e chiusure oscuranti - Calcolo della trasmittanza termica" legge UNI EN 12464-1 del 2004, ""Illuminazione dei luoghi di lavoro" legge UNI EN ISO 13363 del 2008, "Dispositivi di protezione solare in combinazione con vetrate - Calcolo della trasmittanza solare e luminosa" legge UNI EN 13786 del 2008, "Prestazione termica dei componenti per l'edilizia - Caratteristiche termiche dinamiche - Metodi di calcolo" report Zinzi M., "Caratterizzazione e valutazione di materiali trasparenti innovativi e sistemi schermanti". Ricerca di Sistema Elettrico ENEA, Report RSE 2009 CAPITOLO 3 Phase Change Materials articolo Alkan C., Sari A., Karaipekli A., Uzun O. "Preparation,characterization,and thermal properties of microencapsulated phase changematerial for thermal energy storage". Solar Energy Materials & Solar Cells, 93(2009), pp. 143-147 articolo Cabeza L.F., Castell A., Barreneche C., de Gracia A., Fernández A.I. "Materials used as PCM in thermal energy storage in buildings: A review". Renewable and Sustainable Ener-gy Reviews, 15 (2011), pp. 1675-1695 Castellón C., Martorell l.f Fernández I., Manich A., Cabeza L. F., "Compatibility of plastic with phase change material (PCM)", linternational Journal of Energy Research, 35 (2011), PP- 765-771 Farid M.M., Khudhair A., Razack S., Al-Hallaj S. "A review on phase change energy storage: materials and applications". Energy Conversion and Management, 45 (2004), pp. 1597-1615 Farrell A.J., Norton B., Kennedy D.M., "Corrosive effects of salt hydrate phase change materials used with aluminium and copper". Journal of Materials ProcessingTechnology, 175 (2006), pp. 198-205 Ferrer G., Solé A., Barreneche C., Martorell I., Cabeza L.F., "Corrosion of metal containers for use in PCM energy storage". Renewable Energy, 76 (2015), pp. 465-469 Jamekhorshid A., Sadrameli S.M., Farid M. "A review of microencapsulation methods of phase change materials (PCMs) as a thermal energy storage (TES) medium". Renewable and Sustainable Energy Reviews, 31(2014), pp. 531-542 Kalnaes S.E., Jelle B.P. "Phase change materials and products for building applications: A state-of-the-art review and future research opportunities". Energy and Buildings, 94 (2015), pp. 150-176 Karthikeyan M., Ramachandran T. "Review of thermal energy storage of micro and nanoencapsulated phase change materials". Materials Research Innovations, 7 vol. 18 (2014), pp. 541-554 Kenisarin M. "Thermophysical properties of some organic phase change materials for latent heat storage. A review". Solar Energy, 107 (2014), pp. 553-575 Kenisarin M., Mahkamov K. "Solar energy storage using phase change materials". Renewable & Sustainable Energy Reviews, 11 (2007), pp. 1913-1965 Lazzarin R., Noro M., Busato F., "Studio di sistemi di accumulo a cambiamento di fase nel solar cooling", Ricerca di Sistema Elettrico ENEA, Report RdS 2011 Meheling H., Cabeza L. "Heat and cold storage with PCM. An up to date introduction into basics and applications". Berlin, Springer 2009 Moreno P., Miró L., Solé A., Barreneche C., SoléC., Martorell I., Cabeza L.F., "Corrosion of metal and metal alloy containers in contact with phase change materials (PCM) for potential heating and cooling applications". Applied Energy, 125 (2014), pp. 238-245 articolo OroE., Mirò L., Barreneche C., Martorell I., Farid M.M., Cabeza L.F., "Corrosion of metal and polymer containers for use in PCM cold storage". Applied Energy, 109 (2013), pp. 449-453 articolo Osterman E., TyagiV.V., Butala V., Rahim N.A., Stritih U., "Review of PCM based cooling technologies for buildings". Energy and Buildings, 49 (2012), pp. 37-49 articolo Pasupathy A., Velraj R., Seeniraj R.V., "Phase change material-based building architecture for thermal management in residential and commercial establishments". Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12 (2008), pp. 39-64 articolo Sharma R.K., Ganesan P., Tyagi V.V., Metselaar H.S.C., Sandaran S.C. "Developments in organic solid-liquid phase change materials and their applications in thermal energy storage". Energy Conversion and Management, 95 (2015), pp. 193-228 articolo Sharma S.D., Sagora K. "Latent heat storage materials and systems: A review". International Journal of Green Energy, 1 vol. 2 (2005), pp. 1-56 articolo Sittisart P., Farid M.M. "Fire retardants for phase change materials". Applied Energy, 88 (2011) , pp. 3140-3145 articolo Tyagj V.V., Buddhi D. "PCM thermal storage in buildings: A state of art". Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11 (2007), pp. 1146-1166 articolo Tyagi V.V., Kaushik S.C., Tyagi S.K., Akiyama T. "Development of phase change materials based microencapsulated technology for buildings: A review". Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15 (2011), pp. 1373-1391 articolo Zalba B., Marin J.M., Cabeza L., Mehling H. "Review on thermal energy storage with phase change materials, heat transfer analysis and applications". Applied Thermal Engeneering, 23 (2003), pp. 251-283 articolo Zhou D., Zhao C.Y.,Tian Y. "Review on thermal energy storage with phase change materials (PCMs) in building applications". Applied Energy, 92 (2012), pp. 593-605 articolo Zhu N., Ma Z., Wang S. "Dynamic characteristics and energy performance of building using phase change materials: a review". Energy Conversion and Management, 50 (2009), pp.3169-3181 www.rubitherm.com www.climator.com www.glassx.ch www.entropysolutionsinc.com www.pcmproducts.net www.teappcm.com www.cosella-dorken.com www.micronal.de www.cristopia.com www.pcpaustralia.com.au www.microteklabs.com www.phasechangeenergy.com www.outlast.com www.pcm-solutions.com CAPITOLO 4 Policarbonato alveolare Brunetti G.L., "Serramenti e vetrazioni. Tecnologie Materiali Dettagli" Wolters Kluwer monografìa Italia, Milano 2012 Dott.Gallina, "Polycarbonate Systems", Catalogo Generale Prodotti Edilizia Pezzin G., "Le materie plastiche e l'ambiente", Grafis, Bologna 1990 Rinaldi A., "Evoluzione delle materie plastiche nel design per l'edilizia 1945-1990", Franco Angeli, Milano 2014 Skeist I., "Le materie plastiche nell'edilizia", Albra editrice, Torino 1971 Saechtling H., Manuale delle materie plastiche, Tecniche Nuove, Milano 2009 CAPITOLO 5 Componenti schermanti articolo Borderon J., Virgone J., Cantin R., "Modeling and simulation of a phase change material system for improving summer comfort in domestic residence", Applied Energy, 140 (2015) , pp. 288-296 monografia Brivio S.F., "Schermature solari e tende tecniche. Metodi e soluzioni di progetto, tipologie, risparmio energetico", Monografie Arketipo, Gruppo 24 ore 2010 articolo Cao L., Su D., Tang Y., Fang G., Tang F., "Properties evaluation and applications of thermal energy storage materials in buildings", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 48(2015), pp.500-522 lezione Cappelletti F., "Involucro trasparente", IUAV Venezia 2011 articolo Fiorito F., "Phase-change materials for indoor comfort improvement in lightweight buildings. A parametric analysis for Australian climates", Energy Procedia, 57 ( 2014 ), pp. 2014- 2022 articolo Goia F., "Thermo-physical behaviour and energy performance assessment of PCM glazing system configurations: A numerical analysis", Frontiers of Architectural Research, 1 (2012), pp. 341-347. articolo Grynninga S., Gustavsena A.,Time B., Jelle B.P., "Windows in the buildings of tomorrow: Energy losers or energy gainers?", Energy and Buildings, 61(2013), pp.185-192 articolo Halawadhi E.M., "Using phase change materials in window shutter to reduce the solar heat gain", Energy and Buildings, 47 (2012), pp. 421-429 articolo Hauer A., Mehling H., Schossig P., Yamaha M., Cabeza L., Martin V., Setterwall F., "Annex 17. Advanced Thermal Energy Storage through Phase Change Materials and Chemical Reactions - Feasibility Studies and Demonstration projects". Final Report IEA on Implementing Agreement on Energy Conservation through Energy Storage, 2008 articolo Ismail K.A.R., Henrìquez J.R., "Thermally effective windows with moving phase change material curtains", AppliedThermal Engineering, 21 (2001), pp. 1909-1923 articolo Silva T., Vicente R., Rodrigues F., Samagaio A., Cardoso C., "Development of a window shutter with phase change materials: Full scale outdoor experimental approach", Energy and Buildings, 88 (2015), pp. 110-121 Silva T., Vicente R., Rodrigues F., Samagaio A., Cardoso C., "Performance of a window shutter with phase change material under summer Mediterranean climate conditions", Applied Thermal Engineering, 84 (2015) pp. 246-256 Tzempelikos A., Athienitis A.K., "The impact of shading design and control on building cooling and lighting demand", Solar Energy, 81 (2007), pp. 369-382 UNI EN14501 del 2005, "Tende e chiusure oscuranti - Benessere termico e visivo – Caratteristiche prestazionali e classificazione" Weinlader H., Beck A., Fricke J., "PCM-facade-panel for daylighting and room heating", Solar Energy, 78 (2005), pp. 177-186 Zinzi M., Agnoli S., Fasano G., "Impatto dei sistemi schermanti sulle prestazioni energetiche ed illuminotecniche di edifici per uffici", Ricerca di Sistema Elettrico ENEA, Report RdS 2010 www.smartglass.com C A PI TO LO 7 Validazione sperimentale Goia F., Zinzi M., Carnielo E., Serra V., "Spectral and angular solar properties of a PCM- filled double glazing unit", Energy and Buildings, vol. 87 n. 1 (2015), pp. 302-312. Nisa Khan M., "Understanding LED Illumination", CRC Press, Boca Raton 2014 Serra V, Zanghirella F., Perino M., "Expérimental évaluation of a climate façade: Energy efficiency and thermal comfort performance", Energy and Buildings, 42 (2010), pp. 50-62. Zinzi M., "Caratterizzazione e valutazione di materiali trasparenti innovativi e sistemi schermanti", Ricerca di Sistema Elettrico ENEA, Report RSE/2009/9 Tesi di laurea consultate Bianco L., "Involucri trasparenti innovativi. Modellazione e sperimentazione su componenti dinamici e sistemi di facciata attivi", Dottorato di ricerca in innovazione tecnologica per l'ambiente costruito XXVI ciclo, Politecnico di Torino, 2014, relatori Valentina Serra, Marco Perino Bozzola M., "Sistema di componenti in policarbonato alveolare estruso per l'impiego in campo edilizio e ortoflorovivaistico. Ricerca di innovazione di prodotto svolta in collaborazione con l'azienda Dott. Gallina s.r.l.", Dottorato di ricerca in innovazione tecnologica per l'architettura e il disegno industriale XVII ciclo, Politecnico di Torino, 2005, relatori Marco Filippi, Claudio Germak Condò S., "I PCM e l'involucro edilizio: definizione progettuale di un sistema schermante", Facoltà di architettura II, Politecnico di Torino, aa. 2012-2013, relatore Orio de Paoli, correlatrice Valentina Serra Coppola M., "L'uso dei materiali a cambiamento di fase per il comfort termico estivo nell'ambiente interno", Facoltà di architettura I, aa. 2007-2008, relatori Vincenzo Corrado, Simonetta Pagliolico Divelli C., "PCMs: massa virtuale per involucri leggeri", Facoltà di architettura II, aa. 2006-2007, relatori Orio de Paoli, Elena Montacchini Ferrua C., "L'intonaco come elemento attivo per il controllo termico invernale ed estivo: ricerca e sviluppo di formulazioni con aggregati vegetali, PCM e aerogel", Facoltà di architettura II, aa. 2011-2012, relatori Valentina Serra, Marco Dutto, Marco Massolino Giampà B., Gindro G., "Inerzia trasparente: definizione progettuale e validazione sperimentale di un componente di facciata in policarbonato alveolare e PCM", Facoltà di architettura II, aa. 2009-2010, relatori Orio de Paoli, Elena Montacchini, correlatrice Valentina Serra Giovannini L., "Design of an adaptive shading system for arid climates: theoretical, nu merical and experymental analysis", Facoltà di architettura I, aa. 2013-2014, relatori Valerio Maria Lo Verso, Valentina Serra lennarella S., "Responsive transparent building envelopes: dal concept all'ottimizzazione energetica attraverso l'approccio del parametric design", Facoltà di architettura I, aa. 2014-2015, relatori Valentina Serra, Valerio Maria Lo Verso Serru F., "I materiali a cambiamento di fase e le loro applicazioni nell'edilizia", Facoltà di ingegneria edile, aa. 2007-2008, relatori Carlo Caldera, Marco Perino |
Modify record (reserved for operators) |