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Studio del comfort termico e del consumo energetico in uno stadio di calcio climatizzato progettato per un clima caldo e umido

Informazioni tesi

  Autore: Marcello Cattaneo
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2016-17
  Università: Università degli Studi di Brescia
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Civile
  Relatore: Pietro Poesio
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 100

Questo lavoro concentra la sua attenzione sulla problematica di raffrescamento e ventilazione meccanica dell'interno degli stadi di calcio che ospiteranno i mondiali di calcio FIFA di Qatar 2022. Visto il clima tipico del Qatar, molto caldo ed umido persino in inverno, i sistemi di condizionamento si rendono necessari per garantire condizioni di temperatura ed umidità adeguate sia per i giocatori impegnati in campo sia per gli spettatori seduti sugli spalti.
Nella tesi si analizza in modo dettagliato un modello tipo di stadio, con caratteristiche architettoniche e strutturali riconducibili agli stadi progettati per il Qatar. Questo stadio modello, sottoposto alle condizione climatiche tipiche del paese, viene dotato di sistemi di condizionamento al servizio del campo di gioco e degli spalti.
Vengono quindi testate, tramite laboriose simulazioni fluidodinamiche con il software OpenFOAM, diverse configurazioni di parametri dell'aria condizionata immessa dalle bocchette (regolando di volta in volta per settori di stadio temperature, portate, pressioni, umidità) ottenendo in funzione del tempo una visualizzazione punto per punto delle condizioni termoigrometriche che si creano nel volume d'aria idealmente contenuto all'interno dello stadio.
I risultati numerici e grafici dell'analisi CFD vengono ri-elaborati tramite il software MATLAB al fine di poterli confrontare con degli indici di sintesi ricavati seguendo le normative internazionali a cui la stessa FIFA si attiene (indici di comfort termico per gli spettatori PMV e PPD; indice di comfort/stress termico WBGT per i giocatori).
Il confronto permette di ricavare le configurazioni di parametri di aria condizionata immessa (per lo schema di disposizione delle bocchette di aerazione considerato) che garantiscono il benessere termico di spettatori e giocatori.
Queste configurazioni ottimali vengono poi sottoposte ad una analisi energetica-economica che riporti numericamente ai consumi energetici finali ed ai costi associati ad un sistema di condizionamento di tale complessità e grandezza.
Nella parte finale del lavoro vengono schematizzate alcune configurazioni impiantistiche possibili per la centrale termica di produzione dell'aria condizionata.
Grande valore nella tesi hanno le numerose immagini e tabelle (entrambe per la maggior parte create direttamente dall'autore con l'ausilio di vari software) che dapprima fotografano in dettaglio il modello di stadio considerato, poi rendono facilmente comprensibili le schematizzazioni impiantistiche adottate e restituiscono in modo chiaro e piacevolmente leggibile i risultati delle simulazioni e delle varie analisi.

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  Anno: 2016-17
  Università: Università degli Studi di Brescia
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14 3.4 Impostazione delle simulazioni Lo scopo di questo lavoro è valutare le condizioni di comfort o discomfort termico per gli spettatori e per gli atleti che occupano virtualmente lo stadio modello collocato a Doha, andando a variare di simulazione in simulazione i parametri di temperatura, portata ed umidità dell’impianto di condizionamento. Il clima considerato è quello caldo-umido tipico qatariota dei mesi di novembre e dicembre, periodo in cui è previsto lo svolgimento dei mondiali di calcio del 2022. Le temperature a cavallo tra novembre e dicembre possono raggiungere i 30°C, associati ad una umidità relativa anche del 70%. Sono quindi questi due parametri i valori climatici esterni considerati in ogni simulazione. 3.4.1 Costruzione della mesh Perché il volume di aria di paragrafo 2.3 sia utilizzabile per simulazioni di tipo CFD è necessario che esso sia discretizzato, dunque è necessaria la creazione di una griglia di calcolo o mesh. Per procedere si è deciso di utilizzare Salome, una piattaforma CAE che integra soluzioni open source per la simulazione, il meshing, il calcolo numerico, la visualizzazione ed analisi dei risultati. Salome è scaricabile gratuitamente dal sito ufficiale [8]. In particolare di Salome è stata utilizzata la sezione apposita per la progettazione delle mesh. Per quanto riguarda le mesh si può dire che ne esistono principalmente di due tipi: strutturate e non strutturate [9]. Una griglia si definisce strutturata quando la numerazione dei nodi appartenenti a ciascun elemento di essa può essere ottenuta attraverso semplici operazioni matematiche. Un esempio può essere una mesh tridimensionale costituita interamente da esaedri. Una mesh strutturata ben progettata garantisce risultati numerici accurati; inoltre la numerazione ordinata degli elementi garantisce efficienza e velocità degli algoritmi di risoluzione. Le mesh strutturate consentono il controllo sulle dimensioni delle celle, tuttavia risulta difficile generare griglie su geometrie con un certo grado di complessità e altrettanto difficile imporre degli infittimenti nelle zone di maggior interesse del dominio. Per rimediare a questa poca adattività di griglia si ricorre talvolta a griglie strutturate a blocchi, o multiblocco, ottenute partizionando a priori il dominio in sottodomini di geometria più semplice e quindi creando una mesh per ciascun di essi. Risulta però complesso interconnettere i sottodomini e gestirli in modo efficiente. La suddivisione è poco automatizzabile.

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Parole chiave

analisi energetica
impianti aria condizionata
analisi del comfort termico
wbgt wet bulb globe temperature
parametri pmv e ppd
stadio di calcio
benessere termoigrometrico
mondiali di calcio fifa qatar 2022
elaborazioni matlab
simulazioni fluidodinamiche cfd openfoam

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