Sviluppo di un sistema dinamico di schermatura liquida per le vetrate degli edifici

This study concerns the research and development of a liquid-shaded dynamic glazed facade for buildings. Compared to the most popular currently used double glazing, this novel technology is made possible by the creation of an additional 1.5-mm-thick cavity, hosting a sliding shielding liquid, which flows internally, in order to adapt the window’s solar transmittance to real needs. The ability to ensure low solar transmittance in summer and to maximize solar heat gains in winter, makes this technology very competitive compared to conventional embedding solar control and low emissive panes, which have fixed solar transmittance indeed. Previous research focused on identifying the most suitable liquid mixture and the kind of glass; it also showed good performance in terms of protection from solar radiation and durability. The main objective of this research is to demonstrate the technological feasibility of the system in order to define the guidelines for a mature design, which is the first step to a future large-scale production. The design phase of the novel technology has been developed resembling the industrial process for its manufacturing, and it has led to the construction of a full size liquid-shaded window prototype. The development of the prototype has allowed, both to address and solve engineering problems related to the assembly of the components and to the necessary modifications to the frame, both to carry out operation tests and analyze production costs. Glass pane bending when subject to hydrostatic pressure of the liquid has been then assessed. Software simulations and laboratory tests have allowed to put forward a concrete solution to the problem of deformation. Finally, a benchmarking analysis has allowed to demonstrate absolutely comparable energy performances, and in some cases greater energy performances, than the most efficient glass facades on the market.

Il presente studio riguarda la ricerca e lo sviluppo di un inedito sistema dinamico di schermatura liquida per le vetrate degli edifici, basato sull’aggiunta, ai due vetri convenzionalmente adottati nelle vetrate isolanti, di un terzo vetro che consente di creare un’intercapedine di circa 1.5 mm in cui viene fatto salire un fluido schermante utilizzato per variare la trasmittanza solare. La capacità di garantire bassa trasmissione di calore in estate, ma allo stesso tempo di massimizzare gli apporti “gratuiti” forniti dal sole in inverno, rende questa tecnologia molto competitiva rispetto ai tradizionali vetri a controllo solare o basso emissivi, che hanno trasmittanza solare fissa. Già precedenti studi hanno individuato la miscela di fluido, la tipologia di vetro, hanno dimostrato buone prestazioni in termini energetici e di durabilità. Il principale obiettivo di questo lavoro è quello di dimostrare la fattibilità tecnologica del sistema al fine di delinearne linee guida per una progettazione matura, che sia propedeutica ad una futura produzione industriale su larga scala. La fase di progettazione del dispositivo, condotta secondo una logica legata al processo produttivo, ha portato alla produzione di un prototipo funzionante di finestra apribile con schermatura liquida. Lo sviluppo del prototipo ha permesso, sia di affrontare e risolvere problematiche ingegneristiche legate all’assemblaggio dei componenti ed alle necessarie modifiche all’infisso, sia di effettuare test di funzionamento, sia di analizzare i costi di produzione. È stata, inoltre, studiata la problematica della deformabilità del vetro dovuta alla spinta idrostatica del liquido. Simulazioni software e test di laboratorio hanno permesso di avanzare una concreta soluzione al problema della deformazione. Infine, un’analisi di benchmarking ha permesso di dimostrare prestazioni, in termini energetici, assolutamente paragonabili, ed in alcuni casi superiori, rispetto a vetri tra i più performanti sul mercato.