Gestione del calore nella progettazione di edifici: perché conviene un approccio multifisico? | Ingegneri.info

Gestione del calore nella progettazione di edifici: perché conviene un approccio multifisico?

Focus sugli elementi da considerare per una corretta gestione termica degli edifici: un white paper racconta la simulazione multifisica come strumento di progettazione per analizzare lo scambio di calore e i fenomeni fisici correlati

COMSOL Thermal Management
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Qual è la soluzione migliore per salvaguardare l’estetica delle finestre di un edificio storico e, nello stesso tempo, garantire le performance della vetratura rispetto a temperatura e umidità? Come si testa il progetto di un sistema di isolamento per evitare la formazione di ponti termici? E come si proteggono le fondamenta di un edificio da possibili danni dovuti agli sbalzi di temperatura?

Tutti questi problemi rientrano nell’ambito della gestione termica degli edifici, ovvero l’insieme delle tecniche per il monitoraggio e il mantenimento delle condizioni ideali di temperatura.

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Che la destinazione d’uso dell’edificio sia commerciale, industriale o abitativa, il progettista deve considerare una serie di aspetti per garantire che l’edificio possa offrire il massimo comfort alle persone che vi soggiorneranno e le migliori condizioni di funzionamento dei sistemi, che si tratti di dispositivi di uso quotidiano o di installazioni industriali… per non parlare delle specifiche imposte dalle normative, che vanno scrupolosamente rispettate.

Analizzare lo scambio di calore non basta

La progettazione tecnica di tutti gli elementi coinvolti nella gestione termica di un edificio non può prescindere, com’è naturale, dall’analisi dello scambio di calore, che è coinvolto praticamente in ogni processo fisico. Riveste un ruolo di primo piano, per esempio, nella progettazione del riscaldamento a pavimento, dove lo scambio di calore avviene tra il fluido che scorre nelle tubature, lo strato di supporto termicamente attivo, le finiture del pavimento e infine lo spazio della stanza.
Tuttavia, in molti casi lo scambio termico non può essere studiato senza includere nell’analisi altri aspetti. È il caso delle proprietà fisiche dei materiali utilizzati, che spesso sono strettamente legate alla gestione del calore: per esempio, non si può fare a meno di considerare lo stress termico nelle simulazioni di meccanica strutturale, in cui le variazioni di temperatura causano deformazioni rilevanti.

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Per valutare la necessità o le prestazioni di sistemi di isolamento termico, gli estremi di temperatura sono di solito noti e deve essere determinata la velocità dello scambio termico (o perdita di calore). Nella progettazione termica di edifici e altre costruzioni, l’obiettivo principale è quindi ridurre al minimo la velocità dello scambio di calore, scegliendo materiali con una bassa conducibilità termica.

In alcuni casi, lo scopo del progettista è impedire che la temperatura rimanga all’interno di un determinato range. Questo obiettivo si può raggiungere attraverso metodi come l’iniezione di un flusso d’aria refrigerante su una superficie, l’aggiunta di coperture che svolgano il ruolo di barriere termiche o l’inserimento di passaggi riscaldanti/refrigeranti in una superficie.

Un aiuto prezioso: la simulazione multifisica

Un ruolo sempre più importante nella gestione termica degli edifici è rivestito dall’utilizzo della simulazione numerica e delle app computazionali. Grazie a questi strumenti è più semplice ottimizzare l’efficienza dei progetti ed esplorarne le possibili modifiche, senza dover investire il tempo e i costi richiesti dalle prove sperimentali.

A questi temi è dedicato il white paper pubblicato da COMSOL®, fornitore mondiale di software di simulazione multifisica per la progettazione e la ricerca in ambito industriale e accademico. Nel documento, disponibile gratuitamente online, vengono descritti e analizzati diversi casi concreti di gestione termica degli edifici, tratti dal lavoro dei progettisti, e viene mostrato l’approccio di modellazione dei diversi fenomeni fisici coinvolti con l’utilizzo del software COMSOL Multiphysics®.

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