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Papers by Francesco Bianchi
Thermal conductivity of materials for structural elements and thermal insulation represents a fun... more Thermal conductivity of materials for structural elements and thermal insulation represents a fundamental parameter in the assessment of the energy need of buildings. In this paper, two different systems for thermal conductivity measurement are compared, based respectively on the calibrated hot box and on the guarded hot plate methods. The study is specifically aimed at assessing the range of thermal transmittance where the hot box system is suitable and verifying the strengths and the weaknesses of the system. The comparison between measurements on specimens with different thermal conductivity and thickness showed that the two methods are substantially equivalent in the considered range of thermal conductivity, but are not completely interchangeable. In particular, the measurement campaign confirmed the expectation that the hot box system gives more accurate results with low thermal resistance samples.
Il contenimento dei consumi energetici negli edifici rappresenta uno dei settori di intervento pi... more Il contenimento dei consumi energetici negli edifici rappresenta uno dei settori di intervento più significativi per il raggiungimento degli obiettivi imposti dal Protocollo di Kyoto. La valutazione energetica degli edifici passa attraverso l'utilizzo di codici di calcolo dedicati, i cui risultati devono essere attentamente valutati e confrontati: la conoscenza di punti di forza e di debolezza dei differenti codici di calcolo presenti sul mercato risulta fondamentale per il loro utilizzo finalizzato ad una progettazione energeticamente consapevole.
Alla luce della Direttiva 2002/91/CE, recepita in Italia con l'emanazione del D.lgs. 192/2005 [1]... more Alla luce della Direttiva 2002/91/CE, recepita in Italia con l'emanazione del D.lgs. 192/2005 [1], successivamente modificato dal D.lgs. 311/06 [2], e delle recenti linee-guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici , appare strategico poter valutare le prestazioni di differenti codici di calcolo utilizzati per l'analisi delle prestazioni e del comportamento energetico degli edifici; la valutazione comparativa è operazione tutt'altro che banale, considerata la grande varietà di codici di calcolo disponibili a livello commerciale, che si differenziano per regimi di calcolo considerati, per algoritmi di calcolo impiegati, per tipologia di interfaccia grafica.
The thermal analysis of buildings opaque walls is strongly linked to the homogeneous and inhomoge... more The thermal analysis of buildings opaque walls is strongly linked to the homogeneous and inhomogeneous materials that compose each single layer. Nowadays the insulation panels are the main component used to reduce buildings thermal losses, but the inhomogeneous layer, like hollow blocks, can help to improve the overall thermal performance of the wall if attention is paid to the materials that compose the solid part of the blocks. In this paper the authors describe some results of a research activity concerning the thermal optimization of existing blocks and the design of a new line of innovative lightweight concrete blocks with recycled expanded glass. The innovative blocks are designed to fully satisfy the prescriptions of the Italian legislation in terms of product sustainability (in compliance with European Directive 009/125/CE) and structural and energy performance. Due to the complex geometry of the blocks, the analysis of the thermal performance was carried out with the finite...
An effective use of thermal insulation materials can significantly reduce energy consumption in b... more An effective use of thermal insulation materials can significantly reduce energy consumption in buildings, while a correct use of acoustic materials helps to guarantee good acoustic environments indoors and to reduce noise pollution. This work aims at determining the thermal and acoustic performance of corrugated cardboard panels usually applied in the packaging industry, by means of experimental in-lab analysis of thermal and acoustic properties. In particular, transmission loss and thermal conductivity were measured. Results show that the cardboard panels usually applied in packaging industry present promising performance in terms of acoustic insulation capability and thermal insulation performance, slightly lower than commonly used insulation panels. Further developments of the work will concern the analysis of the life cycle environmental and economic impact of the studied systems for building thermal-energy and acoustic performance optimization.
L’analisi energetica dell’involucro edilizio necessita di particolare attenzione nei componenti r... more L’analisi energetica dell’involucro edilizio necessita di particolare attenzione nei componenti ritenuti più deboli dal punto di vista dell’isolamento termico, ovvero le zone maggiormente disomogenee quali ponti termici, porte e finestre. La determinazione delle proprietà termiche di un serramento richiede una procedura articolata, soprattutto se si vuole inoltre ottenere un valore di trasmittanza termica del componente comprensivo di tutte le sue parti. La normativa tecnica propone metodi sperimentali e numerici per ottenere i valori delle prestazioni di isolamento termico dell’intero serramento. Nel caso dei metodi di calcolo numerici si devono spesso modellare soluzioni che, in ossequio ad esigenze estetiche e di sicurezza, determinano soluzioni complesse, dovute alla presenza di nodi che esulano dalle geometrie standard proposte dalla norma. Nel presente lavoro, si descrive il calcolo della trasmittanza termica di un portoncino blindato da esterno, che presenta, oltre alle super...
La precisione e la rapidità di calcolo delle prestazioni di dispositivi per la dissipazione del c... more La precisione e la rapidità di calcolo delle prestazioni di dispositivi per la dissipazione del calore, associati ad ambienti caratterizzati da forti sollecitazioni termiche, presentano caratteristiche di particolare interesse soprattutto se applicate a geometrie peculiari quali i condotti di scarico dei motori a combustione interna. Scopo dell’attività di ricerca presentata in questo lavoro è la verifica dell’attendibilità previsionale di tool semplificati da utilizzare nelle prime fasi della progettazione per un primo veloce screening fra diverse possibili soluzioni. Si è analizzata la trasmissione del calore attraverso alette circonferenziali sotto diversi approcci: definizione di un modello teorico che si riconduce ad uno studio monodimensionale; analisi del problema attraverso un codice di calcolo termofluidodinamico, con approccio tridimensionale; confronto dei risultati ottenuti a calcolo con dati provenienti da una serie di prove sperimentali al banco prova motori. Le proble...
L’analisi energetica dell’involucro edilizio necessita di particolare attenzione nei componenti r... more L’analisi energetica dell’involucro edilizio necessita di particolare attenzione nei componenti ritenuti più deboli dal punto di vista dell’isolamento termico, ovvero le zone maggiormente disomogenee quali ponti termici, porte e finestre. La determinazione delle proprietà termiche di un serramento richiede una procedura articolata, soprattutto se si vuole inoltre ottenere un valore di trasmittanza termica del componente comprensivo di tutte le sue parti. La normativa tecnica propone metodi sperimentali e numerici per ottenere i valori delle prestazioni di isolamento termico dell’intero serramento. Nel caso dei metodi di calcolo numerici si devono spesso modellare soluzioni che, in ossequio ad esigenze estetiche e di sicurezza, determinano soluzioni complesse, dovute alla presenza di nodi che esulano dalle geometrie standard proposte dalla norma. Nel presente lavoro, si descrive il calcolo della trasmittanza termica di un portoncino blindato da esterno, che presenta, oltre alle superfici opache, una zona vetrata con una grata in acciaio protettiva. La forte disomogeneità del campione, suggerirebbe un’analisi tridimensionale dell’intero serramento, con conseguente aumento esponenziale dei tempi sia nella creazione del modello che nella fase di calcolo. Si è allora sviluppato un metodo di calcolo bidimensionale per valutare la prestazione termica del nodo in cui compare la grata metallica, attribuendo particolari condizioni di scambio termico suggerite da un’analisi geometrica della grata e dalla teoria delle alette di raffreddamento. È stato quindi possibile ottenere il valore di trasmittanza termica del portoncino senza appesantire i tempi di calcolo, valutando l’effetto del sistema di sicurezza sulla prestazione termica complessiva del serramento.
The evaluation of the overall performance of a green building is complex, since many energy and e... more The evaluation of the overall performance of a green building is complex, since many energy and environmental aspects have to be considered.
Nel presente lavoro si riportano i primi risultati ottenuti nell'ambito del progetto Warm Flow, i... more Nel presente lavoro si riportano i primi risultati ottenuti nell'ambito del progetto Warm Flow, il cui obiettivo consiste nello sviluppo di una metodologia di recupero dell'energia termica contenuta nelle acque reflue di abitazioni civili.
All papers of the present volume were peer reviewed by no less that two independent reviewers. Ac... more All papers of the present volume were peer reviewed by no less that two independent reviewers. Acceptance was granted when both reviewers' recommendations were positive.
I recenti sviluppi della legislazione e normativa tecnica di riferimento in materia di contenimen... more I recenti sviluppi della legislazione e normativa tecnica di riferimento in materia di contenimento dei consumi energetici richiedono di utilizzare codici di calcolo per l'analisi delle prestazioni energetiche degli edifici, i cui risultati devono essere attentamente valutati e confrontati. La conoscenza di punti di forza e punti deboli dei differenti codici di calcolo presenti sul mercato risulta fondamentale per il loro utilizzo finalizzato ad una progettazione energeticamente consapevole, volto all'ottimizzazione delle prestazioni dell'edificio e non a una mera verifica delle stesse a progetto concluso.
Thermal conductivity of materials for structural elements and thermal insulation represents a fun... more Thermal conductivity of materials for structural elements and thermal insulation represents a fundamental parameter in the assessment of the energy need of buildings. In this paper, two different systems for thermal conductivity measurement are compared, based respectively on the calibrated hot box and on the guarded hot plate methods. The study is specifically aimed at assessing the range of thermal transmittance where the hot box system is suitable and verifying the strengths and the weaknesses of the system. The comparison between measurements on specimens with different thermal conductivity and thickness showed that the two methods are substantially equivalent in the considered range of thermal conductivity, but are not completely interchangeable. In particular, the measurement campaign confirmed the expectation that the hot box system gives more accurate results with low thermal resistance samples.
Building and Environment, 2015
The paper presents a comparison between two different rating systems to evaluate buildings sustai... more The paper presents a comparison between two different rating systems to evaluate buildings sustainability: LEED (USA) and ITACA (Italy), thanks to the application of both methods to two residential buildings located in Italy.
Applied Energy, 2014
The correct estimation of the energy performance of windows represents a fundamental issue in the... more The correct estimation of the energy performance of windows represents a fundamental issue in the 11 buildings heat losses assessment, since both accuracy and simplicity requirements have to be fulfilled. 12 The most common approaches proposed consist of finite element simulations and laboratory 13 measurements. The reliability of numerical methods results is still an open issue: the general policy of 14 Standards requires for the calculated values to be on the safer side but it is not clear if this assumption is 15 always verified and which is the difference between measured and simulated values. Standards allow the 16 implementation of numerical simulations also in a two-dimensional domain, while windows are 17 composed by zones with a definite three-dimensional geometry such as corners. 18 Two types of windows (wood and aluminum framed) were analyzed, showing that the difference between 19 two-dimensional and three-dimensional simulations is not so high to justify the vast difference that exists 20 instead in terms of calculation time. 21 By means of a hot box apparatus, a comparison term was given to evaluate the finite volumes method 22 adherence to the experimental values. Infrared thermography gives the possibility of a better 23 understanding of the differences between the simulation results and the measured values. 24 The experimental measurements indicated a good data coincidence with simulations for both types of 25 windows, with an expected thermal window performance underestimation of the numerical approach. The 26 reasons lie in the use of thermal conductivity cautionary values in simulations, and on the stratification
Thermal conductivity of materials for structural elements and thermal insulation represents a fun... more Thermal conductivity of materials for structural elements and thermal insulation represents a fundamental parameter in the assessment of the energy need of buildings. In this paper, two different systems for thermal conductivity measurement are compared, based respectively on the calibrated hot box and on the guarded hot plate methods. The study is specifically aimed at assessing the range of thermal transmittance where the hot box system is suitable and verifying the strengths and the weaknesses of the system. The comparison between measurements on specimens with different thermal conductivity and thickness showed that the two methods are substantially equivalent in the considered range of thermal conductivity, but are not completely interchangeable. In particular, the measurement campaign confirmed the expectation that the hot box system gives more accurate results with low thermal resistance samples.
Il contenimento dei consumi energetici negli edifici rappresenta uno dei settori di intervento pi... more Il contenimento dei consumi energetici negli edifici rappresenta uno dei settori di intervento più significativi per il raggiungimento degli obiettivi imposti dal Protocollo di Kyoto. La valutazione energetica degli edifici passa attraverso l'utilizzo di codici di calcolo dedicati, i cui risultati devono essere attentamente valutati e confrontati: la conoscenza di punti di forza e di debolezza dei differenti codici di calcolo presenti sul mercato risulta fondamentale per il loro utilizzo finalizzato ad una progettazione energeticamente consapevole.
Alla luce della Direttiva 2002/91/CE, recepita in Italia con l'emanazione del D.lgs. 192/2005 [1]... more Alla luce della Direttiva 2002/91/CE, recepita in Italia con l'emanazione del D.lgs. 192/2005 [1], successivamente modificato dal D.lgs. 311/06 [2], e delle recenti linee-guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici , appare strategico poter valutare le prestazioni di differenti codici di calcolo utilizzati per l'analisi delle prestazioni e del comportamento energetico degli edifici; la valutazione comparativa è operazione tutt'altro che banale, considerata la grande varietà di codici di calcolo disponibili a livello commerciale, che si differenziano per regimi di calcolo considerati, per algoritmi di calcolo impiegati, per tipologia di interfaccia grafica.
The thermal analysis of buildings opaque walls is strongly linked to the homogeneous and inhomoge... more The thermal analysis of buildings opaque walls is strongly linked to the homogeneous and inhomogeneous materials that compose each single layer. Nowadays the insulation panels are the main component used to reduce buildings thermal losses, but the inhomogeneous layer, like hollow blocks, can help to improve the overall thermal performance of the wall if attention is paid to the materials that compose the solid part of the blocks. In this paper the authors describe some results of a research activity concerning the thermal optimization of existing blocks and the design of a new line of innovative lightweight concrete blocks with recycled expanded glass. The innovative blocks are designed to fully satisfy the prescriptions of the Italian legislation in terms of product sustainability (in compliance with European Directive 009/125/CE) and structural and energy performance. Due to the complex geometry of the blocks, the analysis of the thermal performance was carried out with the finite...
An effective use of thermal insulation materials can significantly reduce energy consumption in b... more An effective use of thermal insulation materials can significantly reduce energy consumption in buildings, while a correct use of acoustic materials helps to guarantee good acoustic environments indoors and to reduce noise pollution. This work aims at determining the thermal and acoustic performance of corrugated cardboard panels usually applied in the packaging industry, by means of experimental in-lab analysis of thermal and acoustic properties. In particular, transmission loss and thermal conductivity were measured. Results show that the cardboard panels usually applied in packaging industry present promising performance in terms of acoustic insulation capability and thermal insulation performance, slightly lower than commonly used insulation panels. Further developments of the work will concern the analysis of the life cycle environmental and economic impact of the studied systems for building thermal-energy and acoustic performance optimization.
L’analisi energetica dell’involucro edilizio necessita di particolare attenzione nei componenti r... more L’analisi energetica dell’involucro edilizio necessita di particolare attenzione nei componenti ritenuti più deboli dal punto di vista dell’isolamento termico, ovvero le zone maggiormente disomogenee quali ponti termici, porte e finestre. La determinazione delle proprietà termiche di un serramento richiede una procedura articolata, soprattutto se si vuole inoltre ottenere un valore di trasmittanza termica del componente comprensivo di tutte le sue parti. La normativa tecnica propone metodi sperimentali e numerici per ottenere i valori delle prestazioni di isolamento termico dell’intero serramento. Nel caso dei metodi di calcolo numerici si devono spesso modellare soluzioni che, in ossequio ad esigenze estetiche e di sicurezza, determinano soluzioni complesse, dovute alla presenza di nodi che esulano dalle geometrie standard proposte dalla norma. Nel presente lavoro, si descrive il calcolo della trasmittanza termica di un portoncino blindato da esterno, che presenta, oltre alle super...
La precisione e la rapidità di calcolo delle prestazioni di dispositivi per la dissipazione del c... more La precisione e la rapidità di calcolo delle prestazioni di dispositivi per la dissipazione del calore, associati ad ambienti caratterizzati da forti sollecitazioni termiche, presentano caratteristiche di particolare interesse soprattutto se applicate a geometrie peculiari quali i condotti di scarico dei motori a combustione interna. Scopo dell’attività di ricerca presentata in questo lavoro è la verifica dell’attendibilità previsionale di tool semplificati da utilizzare nelle prime fasi della progettazione per un primo veloce screening fra diverse possibili soluzioni. Si è analizzata la trasmissione del calore attraverso alette circonferenziali sotto diversi approcci: definizione di un modello teorico che si riconduce ad uno studio monodimensionale; analisi del problema attraverso un codice di calcolo termofluidodinamico, con approccio tridimensionale; confronto dei risultati ottenuti a calcolo con dati provenienti da una serie di prove sperimentali al banco prova motori. Le proble...
L’analisi energetica dell’involucro edilizio necessita di particolare attenzione nei componenti r... more L’analisi energetica dell’involucro edilizio necessita di particolare attenzione nei componenti ritenuti più deboli dal punto di vista dell’isolamento termico, ovvero le zone maggiormente disomogenee quali ponti termici, porte e finestre. La determinazione delle proprietà termiche di un serramento richiede una procedura articolata, soprattutto se si vuole inoltre ottenere un valore di trasmittanza termica del componente comprensivo di tutte le sue parti. La normativa tecnica propone metodi sperimentali e numerici per ottenere i valori delle prestazioni di isolamento termico dell’intero serramento. Nel caso dei metodi di calcolo numerici si devono spesso modellare soluzioni che, in ossequio ad esigenze estetiche e di sicurezza, determinano soluzioni complesse, dovute alla presenza di nodi che esulano dalle geometrie standard proposte dalla norma. Nel presente lavoro, si descrive il calcolo della trasmittanza termica di un portoncino blindato da esterno, che presenta, oltre alle superfici opache, una zona vetrata con una grata in acciaio protettiva. La forte disomogeneità del campione, suggerirebbe un’analisi tridimensionale dell’intero serramento, con conseguente aumento esponenziale dei tempi sia nella creazione del modello che nella fase di calcolo. Si è allora sviluppato un metodo di calcolo bidimensionale per valutare la prestazione termica del nodo in cui compare la grata metallica, attribuendo particolari condizioni di scambio termico suggerite da un’analisi geometrica della grata e dalla teoria delle alette di raffreddamento. È stato quindi possibile ottenere il valore di trasmittanza termica del portoncino senza appesantire i tempi di calcolo, valutando l’effetto del sistema di sicurezza sulla prestazione termica complessiva del serramento.
The evaluation of the overall performance of a green building is complex, since many energy and e... more The evaluation of the overall performance of a green building is complex, since many energy and environmental aspects have to be considered.
Nel presente lavoro si riportano i primi risultati ottenuti nell'ambito del progetto Warm Flow, i... more Nel presente lavoro si riportano i primi risultati ottenuti nell'ambito del progetto Warm Flow, il cui obiettivo consiste nello sviluppo di una metodologia di recupero dell'energia termica contenuta nelle acque reflue di abitazioni civili.
All papers of the present volume were peer reviewed by no less that two independent reviewers. Ac... more All papers of the present volume were peer reviewed by no less that two independent reviewers. Acceptance was granted when both reviewers' recommendations were positive.
I recenti sviluppi della legislazione e normativa tecnica di riferimento in materia di contenimen... more I recenti sviluppi della legislazione e normativa tecnica di riferimento in materia di contenimento dei consumi energetici richiedono di utilizzare codici di calcolo per l'analisi delle prestazioni energetiche degli edifici, i cui risultati devono essere attentamente valutati e confrontati. La conoscenza di punti di forza e punti deboli dei differenti codici di calcolo presenti sul mercato risulta fondamentale per il loro utilizzo finalizzato ad una progettazione energeticamente consapevole, volto all'ottimizzazione delle prestazioni dell'edificio e non a una mera verifica delle stesse a progetto concluso.
Thermal conductivity of materials for structural elements and thermal insulation represents a fun... more Thermal conductivity of materials for structural elements and thermal insulation represents a fundamental parameter in the assessment of the energy need of buildings. In this paper, two different systems for thermal conductivity measurement are compared, based respectively on the calibrated hot box and on the guarded hot plate methods. The study is specifically aimed at assessing the range of thermal transmittance where the hot box system is suitable and verifying the strengths and the weaknesses of the system. The comparison between measurements on specimens with different thermal conductivity and thickness showed that the two methods are substantially equivalent in the considered range of thermal conductivity, but are not completely interchangeable. In particular, the measurement campaign confirmed the expectation that the hot box system gives more accurate results with low thermal resistance samples.
Building and Environment, 2015
The paper presents a comparison between two different rating systems to evaluate buildings sustai... more The paper presents a comparison between two different rating systems to evaluate buildings sustainability: LEED (USA) and ITACA (Italy), thanks to the application of both methods to two residential buildings located in Italy.
Applied Energy, 2014
The correct estimation of the energy performance of windows represents a fundamental issue in the... more The correct estimation of the energy performance of windows represents a fundamental issue in the 11 buildings heat losses assessment, since both accuracy and simplicity requirements have to be fulfilled. 12 The most common approaches proposed consist of finite element simulations and laboratory 13 measurements. The reliability of numerical methods results is still an open issue: the general policy of 14 Standards requires for the calculated values to be on the safer side but it is not clear if this assumption is 15 always verified and which is the difference between measured and simulated values. Standards allow the 16 implementation of numerical simulations also in a two-dimensional domain, while windows are 17 composed by zones with a definite three-dimensional geometry such as corners. 18 Two types of windows (wood and aluminum framed) were analyzed, showing that the difference between 19 two-dimensional and three-dimensional simulations is not so high to justify the vast difference that exists 20 instead in terms of calculation time. 21 By means of a hot box apparatus, a comparison term was given to evaluate the finite volumes method 22 adherence to the experimental values. Infrared thermography gives the possibility of a better 23 understanding of the differences between the simulation results and the measured values. 24 The experimental measurements indicated a good data coincidence with simulations for both types of 25 windows, with an expected thermal window performance underestimation of the numerical approach. The 26 reasons lie in the use of thermal conductivity cautionary values in simulations, and on the stratification