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Una camera termica unica al mondo per il Building Future Lab

DENIOS Italia ha progettato e sviluppato una camera termica mobile unica al mondo, capace di ricreare le condizioni di shock termico che possono verificarsi sugli involucri degli edifici. La camera, sviluppata in collaborazione con Bosch Rexroth, è parte integrante dell’innovativo Building Future Lab (BFL) dell’ Università Mediterranea di Reggio Calabria.

Potete scaricare il case study in versione .pdf a questo link >>

Il cliente

Il primo nucleo dell’Università di Reggio Calabria è stato fondato nel 1967, primo ateneo nella regione calabra, con la denominazione di Libero Istituto Universitario di Architettura.

Nel 1982, con l’arricchimento dell’offerta formativa, la denominazione cambiò in Università di Reggio Calabria al fine di, come si legge nel testo di istituzione, "promuovere lo sviluppo e il progresso della cultura e delle scienze attraverso la ricerca e l'insegnamento e per contribuire allo sviluppo civile, culturale, sociale ed economico della Calabria e del Paese".

Negli anni novanta inizia la costruzione dei grandi e moderni edifici del nuovo campus, situato a Feo di Vito, e nel 2001 l’Università assume l’appellativo di “Mediterranea” con l'ambizione di diventare un punto di riferimento culturale e scientifico nel bacino del Mediterraneo.

Oggi l’Ateneo conta più di 6000 iscritti ed è divisa in 6 dipartimenti: "Ingegneria civile, dell'ambiente e dei materiali", "Ingegneria dell'informazione e delle infrastrutture", "Architettura e territorio", "Patrimonio, Architettura e urbanistica", "Agraria" ed "Economia e giurisprudenza", che la rendono uno dei centri universitari di eccellenza del sud Italia.

Il Building Future Lab

Una delle prove dell’eccellenza dell’Ateneo è sicuramente il progetto Building Future Lab, un laboratorio innovativo per il test di involucri di edifici, nato da un’idea del Prof. Corrado Trombetta, Responsabile del Progetto, e del Prof. Martino Milardi, Responsabile della Sezione TCLab. ed inaugurato il 1 febbraio 2018, in un’atmosfera di condivisione del risultato raggiunto alla presenza di aziende, studenti, esperti, giovani ricercatori e giornalisti di settore.

“Una grande infrastruttura per la ricerca e lo sviluppo sperimentale” - così il Prof. Trombetta, Responsabile Scientifico, descrive il suo progetto - “che trae origine nel fondo della Comunità Europea erogato nel 2011 su base competitiva. Un’infrastruttura unica nel suo genere, rivolta alla formazione ed alla sperimentazione, che potrà testare involucri e componenti del settore delle costruzioni in condizioni limite o sollecitazioni di tipo estremo”.

Materialmente il Building Future Lab si identifica con una torre di 16 metri di lato, inserita nel complesso della cittadella universitaria, e che si articola in tre differenti ambienti: test LAB, test ROOM e test CELL. Grazie alla partnership con aziende di alto livello, come BOSCH Rexroth Spa e DENIOS Italia, il Building Future Lab presenta una dotazione di attrezzature tecnologicamente all’avanguardia per il testing avanzato su involucri di edifici, facciate e serramenti, in grado di simulare casi limite quali sismi, uragani e grandi sollecitazioni termiche, e si candida a “grande attrattore” scientifico e tecnologico a livello internazionale.

Il Building Future Lab rappresenta una grande opportunità per la formazione degli studenti e di giovani ricercatori ma anche per la valorizzazione del territorio calabrese che, grazie alla collaborazione con importanti aziende nazionali ed internazionali, assume un ruolo centrale per la scienza delle costruzioni e dei materiali, contribuendo in maniera fattiva allo sviluppo dell’export in questo settore.

La sfida

BOSCH Rexroth Spa, partner tecnologico del Building Future Lab, si è rivolta a DENIOS per commissionare la camera termica, fulcro principale di una delle tre parti del Building Future Lab, e la Test ROOM, con la quale effettuare simulazioni di sollecitazioni termiche su facciate continue di edifici.

Le richieste del cliente ponevano numerose sfide alla divisione Engineering di DENIOS in quanto molte delle prerogative che la camera richiedeva esulavano dalle normali dotazioni di cui i sistemi DENIOS sono solitamente equipaggiati.

Prima peculiarità fra tutte la mobilità della camera che, con una superficie minima richiesta di 25 metri quadrati, avrebbe dovuto essere movimentata per poter essere posizionata senza soluzione di continuità su tutta la superficie della torre ospitante il Building Future Lab.

La camera termica avrebbe dovuto garantire il riscaldamento e il raffreddamento dei campioni sottoposti a test, ricreando così le sollecitazioni termiche che possono subire gli elementi delle facciate di edifici in condizioni climatiche estreme, con un range di temperature compreso tra i -15(+3) e i +85(+3)°C in cicli termici specifici (secondo la norma americana AAMA 501.5-07).

Anche il sistema di riscaldamento ha rappresentato una sfida per gli ingegneri DENIOS.

Rispetto alle tradizionali camere termiche, che utilizzano un sistema di ventilazione a ricircolo d’aria, la richiesta era infatti quella di dotare l’ambiente di lampade ad infrarossi per scaldare il campione tramite irraggiamento, simulando così la radiazione solare. Il sistema di raffreddamento richiedeva l’impiego di sistemi ad alta potenza, studiati per raggiungere le temperature richieste anche durante il periodo estivo, con temperature esterne che arrivano a sfiorare i 40°C.

I cicli termici dovevano avere le seguenti durate: riscaldamento per un periodo di 5 ore, mantenimento per circa un’ora e raffreddamento naturale (a temperatura ambiente) per un periodo di 2-3 ore. Al termine del periodo di raffreddamento la facciata viene sottoposta ad un ciclo freddo, della durata di circa 5 ore, durante il quale si raggiunge la temperatura minima.

La soluzione

La struttura DENIOS, mediante un processo di sviluppo condiviso con BOSCH Rexroth Spa, ha ideato e prodotto una camera termica di grandi dimensioni, 8 x 6 metri e profonda 2 metri, superando quindi i requisiti dimensionali richiesti dal cliente. La camera, che qui vedete durante una fase di collaudo presso lo stabilimento di DENIOS Italia a Isola del Cantone (Genova), ha una struttura a telaio portante in profilati d’acciaio laminati.

La coibentazione è stata realizzata con pannelli sandwich in poliuretano la cui superficie interna è composta da una lastra di acciaio INOX. La camera è in grado di raggiungere temperature che variano in un range da -15(+3) a +85(+3)°C. Il sistema di riscaldamento realizzato è un impianto a matrice di 24 lampade ad infrarossi, da 120 kW totali.

L’impianto è dotato di sistema di controllo regolabile da 0 a 100% della potenza delle lampade. La disposizione delle stesse, in blocchi di 6 disposte su 4 fasce orizzontali, permette di scaldare in modo selettivo diversi punti della camera, permettendo così di simulare situazioni particolari, come ad esempio il riscaldamento disomogeneo delle facciate causato da zone di sole e coni di ombra.

Per il raffreddamento la camera termica è stata dotata di un sistema di refrigerazione con aero-evaporatore della potenza frigorifera di 11 kW, in grado di raggiungere una temperatura minima di -15°C. La temperatura viene misurata da tre termocoppie, installate sulla diagonale della camera.

Equipaggiamento e dotazioni

All’interno della camera è stato installato un ventilatore per il ricircolo dell’aria che permette di evitare stratificazioni causate dai gradienti di temperatura, omogeneizzando quindi la temperatura interna.

Lungo tutto il perimetro della camera è stato montato un cavo riscaldante per sciogliere l’eventuale ghiaccio di condensa che si può formare durante le fasi di raffreddamento.

La camera è stata progettata in modo da garantire il sollevamento dell’intera struttura e quindi dotata di golfari per permetterne la movimentazione in caso di manutenzione straordinaria.

Sono presenti inoltre, nella parte mediana del telaio, due occhielli, atti a ottimizzare l’adesione della camera alla parete.

Il sistema di controllo della camera è stato integrato in quello generale, sviluppato e realizzato da BOSCH Rexroth Spa, che permette di monitorare e modificare tutti i parametri di funzionamento e sicurezza attraverso l’utilizzo di dispositivi touch-screen

Il risultato

Il risultato DENIOS ha così sviluppato una camera termica unica al mondo per dimensioni e caratteristiche, capace di raggiungere un range di temperature molto ampio per simulare sollecitazioni termiche estreme su facciate continue di edifici.

Grazie alla possibilità di movimentazione, la camera permette di andare a testare campioni su differenti punti della facciata stessa. Inoltre, con la possibilità di regolare la potenza del riscaldamento delle differenti fasce del sistema, si rende possibile la simulazione di situazioni particolari, come ad esempio l’alternanza luceombra prodotta da edifici esistenti sulle facciate di cui i campioni sono oggetto di test.

Il BUILDING FUTURE Lab. possiede ora una camera termica mobile per effettuare test termici seguendo i protocolli di test definiti nelle normative europee vigenti e nella norma americana AAMA 501.5-07 “Test Method for Thermal Cycling of Exterior Walls”.

La camera termica, insieme agli altri due ambienti di test della Sezione TCLab, il Test LAB ed il Test CELL (anche quest’ultimo realizzato da DENIOS Italia), va a comporre un polo innovativo unico in Italia e in Europa che si candida a diventare un’eccellenza ed un punto di riferimento a livello internazionale per la scienza dei materiali e delle costruzioni.

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