Dissertations / Theses on the topic 'Prestazioni ambientali'

Lo scopo di questa tesi è quello di analizzare dapprima l’impatto ambientale di tali impianti e poi analizzare il contributo effettivo che oggi la tecnologia innovativa dei cicli Rankine organici può dare nella valorizzazione elettrica del calore di scarto di processi industriali, focalizzando l’obiettivo principalmente sulle turbine a gas ed eseguendo un caso di studio in un settore ancora poco esplorato da questa tecnologia, quello Oil&Gas. Dopo aver effettuato il censimento degli impianti a fonti fossili e rinnovabili, cogenerativi e non, presenti in Emilia-Romagna, è stato sviluppato un software chiamato MiniBref che permette di simulare il funzionamento di una qualsiasi centrale termoelettrica grazie alla possibilità di combinare la tecnologia dell’impianto con il tipo di combustibile consentendo la valutazione delle emissioni inquinanti ed i potenziali di inquinamento. Successivamente verranno illustrati gli ORC, partendo dalle caratteristiche impiantistiche e termodinamiche fino ad arrivare alla scelta del fluido organico, fondamentale per le performance del ciclo. Dopo aver effettuato una ricognizione dello stato dell’arte delle applicazioni industriali degli ORC nel recupero termico, verranno eseguite simulazioni numeriche per ricostruire gli ORC ed avere una panoramica il più completa ed attendibile delle prestazioni effettive di questi sistemi. In ultimo verranno illustrati i risultati di un caso di studio che vede l’adozione di recupero mediante ciclo organico in un’installazione esistente del settore Oil&Gas. Si effettuerà uno studio delle prestazione dell’impianto al variare delle pressioni massime e minime del ciclo ed al variare del fluido impiegato al fine di mostrare come questi parametri influenzino non solo le performance ma anche le caratteristiche impiantistiche da adottare. A conclusione del lavoro si riporteranno i risultati relativi all’analisi condotte considerando l’impianto ai carichi parziali ed in assetto cogenerativo.
This work presents a study related with off-shore oil & gas production and processing facilities, where required energy, for electric power, mechanical power and process heat, is mostly produced using gas turbines, as the fuel source (natural gas) is available onsite. Since size and weight of all equipment on an offshore facility are critical, it becomes necessary for the facility engineering team to ensure that all equipment are sized and selected appropriately to obtain better return on the investment. Therefore, any approach which could help in utilizing energy resources effectively will influence the bottom-line of the project, namely reduced capital cost and/or increased return on investment. In this work, one such approach of recovering power and thermal energy through the use of Organic Rankine Cycle system is discussed. A detailed thermo-economic analysis, conducted considering a system with four gas turbines operating, shows that power recovery equivalent to one topping gas turbine is achievable with a suitable working fluid. The analysis presented clearly shows that use of the Organic Rankine Cycle system for waste heat recovery is a technically viable and economically attractive solution for the offshore applications.

Lo scopo di questa tesi è quello di analizzare dapprima l’impatto ambientale di tali impianti e poi analizzare il contributo effettivo che oggi la tecnologia innovativa dei cicli Rankine organici può dare nella valorizzazione elettrica del calore di scarto di processi industriali, focalizzando l’obiettivo principalmente sulle turbine a gas ed eseguendo un caso di studio in un settore ancora poco esplorato da questa tecnologia, quello Oil&Gas. Dopo aver effettuato il censimento degli impianti a fonti fossili e rinnovabili, cogenerativi e non, presenti in Emilia-Romagna, è stato sviluppato un software chiamato MiniBref che permette di simulare il funzionamento di una qualsiasi centrale termoelettrica grazie alla possibilità di combinare la tecnologia dell’impianto con il tipo di combustibile consentendo la valutazione delle emissioni inquinanti ed i potenziali di inquinamento. Successivamente verranno illustrati gli ORC, partendo dalle caratteristiche impiantistiche e termodinamiche fino ad arrivare alla scelta del fluido organico, fondamentale per le performance del ciclo. Dopo aver effettuato una ricognizione dello stato dell’arte delle applicazioni industriali degli ORC nel recupero termico, verranno eseguite simulazioni numeriche per ricostruire gli ORC ed avere una panoramica il più completa ed attendibile delle prestazioni effettive di questi sistemi. In ultimo verranno illustrati i risultati di un caso di studio che vede l’adozione di recupero mediante ciclo organico in un’installazione esistente del settore Oil&Gas. Si effettuerà uno studio delle prestazione dell’impianto al variare delle pressioni massime e minime del ciclo ed al variare del fluido impiegato al fine di mostrare come questi parametri influenzino non solo le performance ma anche le caratteristiche impiantistiche da adottare. A conclusione del lavoro si riporteranno i risultati relativi all’analisi condotte considerando l’impianto ai carichi parziali ed in assetto cogenerativo.
This work presents a study related with off-shore oil & gas production and processing facilities, where required energy, for electric power, mechanical power and process heat, is mostly produced using gas turbines, as the fuel source (natural gas) is available onsite. Since size and weight of all equipment on an offshore facility are critical, it becomes necessary for the facility engineering team to ensure that all equipment are sized and selected appropriately to obtain better return on the investment. Therefore, any approach which could help in utilizing energy resources effectively will influence the bottom-line of the project, namely reduced capital cost and/or increased return on investment. In this work, one such approach of recovering power and thermal energy through the use of Organic Rankine Cycle system is discussed. A detailed thermo-economic analysis, conducted considering a system with four gas turbines operating, shows that power recovery equivalent to one topping gas turbine is achievable with a suitable working fluid. The analysis presented clearly shows that use of the Organic Rankine Cycle system for waste heat recovery is a technically viable and economically attractive solution for the offshore applications.

Il presente studio riporta i risultati emersi dal Life Cycle Assessment (LCA) del Corkwall, un prodotto da costruzione utilizzato in edilizia come coibentante termico ed acustico, riempitivo di crepe ed in grado di conferire resistenza al fuoco e impermeabilità alle facciate degli edifici. Il Corkwall è un'emulsione ottenuta dall’unione di sughero granulato e resine acriliche - prodotto dall’azienda Portoghese Amorim S.A. - commercializzato in tutto il mondo. Si sono presi in considerazione gli impatti derivanti dall’intero ciclo produttivo: dall’acquisizione delle materie prime fino al confezionamento del prodotto finito. I risultati di questo studio dimostrano che la fase di produzione del Corkwall è quella di gran lunga più impattante rispetto a tutte le categorie di impatto analizzate. Ciò è dovuto principalmente alla produzione delle resine acriliche. L’utilizzo di resine naturali migliorerebbe le prestazioni ambientali ma peggiorerebbe la qualità e la funzionalità del prodotto. Per migliorare le prestazioni ambientali del ciclo produttivo sarebbe opportuno sostituire interamente i trasporti in gomma con trasporti su rotaia. Ciò apporterebbe un miglioramento variabile dal 34% sull’eutrofizzazione, al 77% sull’assottigliamento dello strato di ozono stratosferico. Infine è stata effettuata una valutazione comparativa tra il Corkwall e un pannello di sughero (Corkpan) aventi stessa funzione di coibentazione termica. I risultati mostrano che la produzione del Corkpan comporta degli impatti ambientali migliori, che variano dal 48% sulla riduzione dello strato di ozono, al 100% sul riscaldamento globale, ad esclusione della categoria di acidificazione in cui il Corkpan è peggiore del 2%. Il Corkpan risulta essere più vantaggioso anche perché, a differenza del Corkwall, esso è recuperabile e riutilizzabile. Il vantaggio che offre il Corkwall è che può essere impiegato sulle facciate esterne ed aderendo al substrato funge da riempitivo di crepe e fessure apportando anche un miglioramento estetico agli edifici.

Il presente studio si inserisce nell’ambito del progetto VALSOVIT - Valorizzazione sostenibile degli scarti della filiera vitivinicola per l'industria chimica e salutistica - finanziato sul Bando POR FESR Emilia-Romagna, il cui obiettivo è la valorizzazione degli scarti vitivinicoli per la produzione di sostanze ad alto valore aggiunto. In questa tesi è stata applicata la metodologia Life Cycle Assessment (LCA) all’attuale processo di valorizzazione di scarti messo in atto dall’azienda Caviro Distillerie con l’obiettivo di rendere in futuro possibile una valutazione comparativa con le valorizzazioni innovative scaturenti dal progetto VALSOVIT. Un secondo obiettivo è stato quello di effettuare un’analisi LCA comparativa tra il processo attuale e due processi alternativi, ipotizzati sulla base di precedenti modalità di smaltimento dei residui della filiera. Nella prima fase del lavoro sono stati individuati tutti i processi rientranti nei confini del sistema e i relativi flussi di materia ed energia in ingresso e in uscita. In seguito i dati raccolti sono stati implementati nel modello realizzato con un software dedicato. Infine i dati sono stati trasformati in contributi a una serie di categorie di impatto ambientale proposte dal manuale ILCD Handbook; ad esse è stata aggiunta la “domanda di energia primaria”. Dallo studio è emerso che i principali impatti derivano dalla fase di autoproduzione di energia elettrica e termica attraverso la combustione di biomasse e biogas, ma questi sono più che compensati dai crediti ottenuti grazie all’evitato consumo di energia elettrica dalla rete e termica da gas naturale. Dall’analisi comparativa si evidenzia come lo scenario attuale presenti impatti ambientali inferiori, in quasi tutte le categorie, alle precedenti configurazioni. Complessivamente con l’attuale sistema di valorizzazione degli scarti si ottengono importanti benefici ambientali in termini di emissioni di gas serra, consumo delle risorse e utilizzo di energia.

La tesi si inserisce nel contesto del progetto POR-FESR VALSOVIT. L’obiettivo specifico del lavoro era di valutare l’impatto ambientale della produzione di alcol e tartrato di calcio effettuata dall’azienda faentina Caviro Extra partendo da scarti vitivinicoli. L’analisi è stata condotta applicando la metodologia Life Cycle Assessment e con l’ausilio del software GaBi. L’analisi ha incluso anche un confronto tra i processi eseguiti da Caviro Extra e altri possibili trattamenti degli stessi scarti vitivinicoli. Le prestazioni ambientali sono state calcolate su 16 categorie di impatto. Nell’analisi si sono applicati due approcci metodologici con differenti confini del sistema e unità funzionali. L’approccio “Process-oriented” ha studiato il processo di trattamento degli scarti vitivinicoli nel suo complesso. I risultati della valutazione, analizzati per ogni indicatore e condensanti nell’Impronta Ambientale totale, sono confrontati con quelli del trattamento degli stessi scarti tramite compostaggio o digestione anaerobica. L’approccio “Product-oriented” invece ha valutato gli impatti ambientali correlati a ogni singolo prodotto in uscita dal sistema. Il processo produttivo di “Caviro Extra” per l’ottenimento di alcol è stato confrontato con processi produttivi alternativi; invece non è stato possibile un confronto sul tartrato di calcio per mancanza di informazioni adeguate sui processi alternativi. Per sinteticità, i risultati dell’approccio “Product-oriented” sono mostrati solo in termini di Impronta Ambientale totale senza fornire i risultati per ogni singola categoria di impatto. L’analisi mostra risultati complessivamente buoni per entrambi gli approcci metodologici applicati ed evidenzia come i processi messi in atto da Caviro Extra siano efficienti e completamente conformi al concetto di economia circolare raggiungendo una piena valorizzazione degli scarti provenienti dalla lavorazione vitivinicola.

Il presente lavoro di tesi è stato sviluppato presso la società Ecosurvey® - 3000 Srl, con sede a Bologna. L’argomento trattato riguarda la proposta di un Sistema di Gestione Ambientale [UNI EN ISO 14001:2015] per un impianto di produzione di conglomerato bituminoso, con particolare riferimento alle azioni mitigative per la riduzione delle emissioni in atmosfera. L’applicazione del SGA ha l’obiettivo di migliorare le prestazioni ambientali del sito, insediato diverse decine di anni fa in una città della regione Toscana. L’attività di produzione del conglomerato bituminoso consiste nel combinare aggregati, che seguono fasi preliminari di essiccazione in un forno rotativo, vagliatura e pesatura, con bitumi ed additivi fino ad ottenere un impasto omogeneo. Il conglomerato prodotto è trasferito in silos di stoccaggio da cui è caricato sugli automezzi destinati alla distribuzione. L’impianto esaminato ha una capacità produttiva di 50.000 t/anno. Le emissioni in atmosfera sono l’aspetto ambientale maggiormente significativo per questo sito e riguardano le emissioni convogliate al camino (da forno rotativo) e le emissioni di gas serra generate lungo il ciclo di vita di produzione del conglomerato bituminoso. In merito alle emissioni convogliate, le prestazioni ambientali dell’impianto sono esaminate valutando il rispetto dei valori limite di emissione. Al fine di valutare la possibile mitigazione delle ricadute al suolo dei composti di emissione al camino sono stati calcolati gli effetti del possibile innalzamento del camino, mediante l'applicazione del software WinDimula, sviluppato da Maind Srl e inserito nell’elenco dei modelli consigliati da APAT. Per le emissioni generate lungo il ciclo di vita del conglomerato bituminoso è calcolato l’impatto delle emissioni di CO2e in atmosfera causato dal recupero in produzione di fresato stradale. Il calcolo delle emissioni evitate di CO2e è stato eseguito mediante l’applicazione del metodo RAP-CO2, sviluppato da Ecosurvey®.

L'acqua non è solo un bene essenziale, è anche una risorsa molto versatile in grado di procurare un'ampia gamma di benefici ma al tempo stesso è importante avere la consapevolezza che si tratti di una risorsa esauribile. Uno dei suoi maggiori utilizzi è quello industriale nel quale non è di fondamentale importanza solo il quantitativo di risorsa idrica sfruttata ma anche le sue caratteristiche qualitative. Obiettivo della tesi è quello di indagare la gestione della risorsa idrica nel contesto dell'industria ceramica cercando di capire quali sono gli utilizzi principali, i quantitativi e lo standard qualitativo dell'acqua al termine del processo industriale. Un ruolo principale nell'ambito della sostenibilità ambientale è svolto dalle aziende ceramiche del territorio che sempre più acquisiscono know-how ambientale e si adottano di procedure e tecnologie in grado di salvaguardare il territorio in cui operano. A tal fine ho condotto uno studio su una delle maggiori aziende del distretto ceramico di Sassuolo: Florim ceramiche s.p.a. analizzando il processo produttivo, quello depurativo e i quantitativi utilizzati cercando di capire gli ambiti di miglioramento attraverso la definizione di interventi sostenibili.

L’attività di ricerca del dottorato si è incentrata sullo studio delle proprietà termofisiche e prestazioni di nuovi gas refrigeranti e loro miscele a basso impatto ambientale. Questo studio è stato effettuato con l’ausilio di tre differenti apparati sperimentali: l’apparato isocorico, l’apparato SLE e l’impianto frigorifero sperimentale operante con un ciclo in cascata. L’apparato isocorico consente di trovare i punti P-V-T di un gas o di una sua miscela sia nella regione bifasica che del vapore surriscaldato. L’utilizzo di due bagni termostatici con oli siliconici a differente viscosità permette di studiare un range di temperature ottenibili variabile da -50°C a 100°C. È stato subito studiato il nuovo fluido refrigerante R1234yf, che ha sostituito nella climatizzazione delle automobile il gas R134a grazie al suo basso valore GWP, in linea con le nuove direttive europee. Non essendo ancora presenti dati in letteratura, i risultati sono stati pubblicati e confermati successivamente da altri studi. Successivamente, ci si è rivolti allo studio delle proprietà termofisiche della miscela R1234yf-CO2, per poi testare l’altro isomero R1234ze e la miscela R1234ze-CO2. I risultati sono stati sempre confrontati con i dati di Refprop, l’equazione di Wagner nella regione bifasica e l’equazione di stato di Martin-Hou nella regione del vapore surriscaldato. Il sistema di carica ha subito nel tempo delle modifiche per diminuire l’incertezza dovuta alla stima della massa persa, il punto debole dell’apparato isocorico. Si è creato un sistema di sottovuoto che consente in più riprese di recuperarla e pesarla, così da poter sostituire la stima precedente con una misura certa. L’impianto è stato ripetutamente testato con gas noti, per poter validare le prove effettuate. L’apparato SLE consente di determinare il punto di fusione dei gas refrigeranti e delle loro miscele, che essendo molto basso, richiede l’utilizzo dell’azoto liquido. Innanzitutto, si è trovato il punto triplo dei seguenti fluidi: - quattro idro-olefine 2,3,3,3-tetrafluoroprop-1-ene, R1234yf; trans-1,3,3,3 tetrafluoropropene, R1234ze (E); 3,3,3-trifluoropropene, R1234zf; 1,2,3,3,3-pentafluoropropene, R1225ye (Z); - cinque derivati del propano 1,1,1,2,3,3,3-eptafluoropropano, R227ea; 1,1,1,3,3,3- exafluoropropano R236fa, 1,1,2,3,3,3-exafluoropropano R236ea; 1,1,2,2,3-pentafluoropropano, R245ca; 1,1,1,3,3-pentafluoropropano, R245fa; - tre derivati del metano il fluorometano, R41; il difluorometano, R32; il trifluorometano, R23; - quattro derivati dell’etano il pentafluoroetano R125; 1,1,1,2-tetrafluoretano, R134a, 1,1,1,- trifluoroetano, R143a; 1,1-difluoroetano, R152a; - le miscele: R1234yf-CO2 , R1234ze-CO2 e N2O + R41. Per quanto riguarda quest’ultime, i risultati ottenuti sono stati corretti, dove necessario, con il metodo di Rossini ed interpretati tramite l’equazione di Schröder. L’impianto è stato ottimizzato, eliminando la serpentina interna in rame che avvolgeva la cella di misura e mettendo l’azoto liquido direttamente a contatto con la cella di misura, migliorando così lo scambio termico e riducendo, in tal modo, il consumo di azoto liquido. Anche il sistema di carica ha subito delle modifiche per diminuire l’incertezza del titolo nel caso di miscele. Si è creato, così come per l’apparato isocorico, un sistema di sottovuoto che consente in più riprese di recuperare e pesare la massa persa. Anche questo apparato è stato ripetutamente testato con gas noti, per poter validare le prove effettuate. Per quanto riguarda l'impianto frigorifero sperimentale, dopo averlo rimesso in funzione, si sono valutate le prestazioni frigorifere del ciclo in cascata, operante con CO2 e, successivamente, con miscele di CO2+R23 nel ciclo di bassa temperatura. Sia per il controllo della valvola di laminazione che per il carico termico nell'utilizzatore si è scelto di utilizzare il controllo PID, che ha lo scopo di simulare il comportamento di una cella frigorifera per la surgelazione degli alimenti. Per migliorare l'impianto sperimentale, si è inserito un misuratore di portata volumetrico sul ciclo di alta temperatura, previa modifica del software Labview, che elabora i dati acquisiti dall’impianto, e si è inserito nel ciclo di bassa temperatura un sistema di bypass, che consente di recuperare l'olio in circolo anche durante il transitorio, in cui l'impianto funziona in modo parzializzato .
The activity of the PhD research focused on the study of thermophysical properties and performance of new refrigerants and their mixtures with low environmental impact. This study was carried out using three different experimental set-ups: the isochoric apparatus, the apparatus SLE and experimental refrigeration system operating with a cycle cascade. The isochoric apparatus allows to find the P-V-T points of a gas or of a mixture both in the biphasic region and in superheated steam. The use of two thermostatic bath with silicone oils with different viscosities allows to study a range of temperatures ranging from -50 ° C to 100 ° C. It was immediately studied the new refrigerant R1234yf, which has replaced R134a in the car air conditioning, due to its low GWP value, in line with the new European directives. Data weren’t present in the literature yet, so results were published and subsequently confirmed by other studies. We subsequently turned to the study of thermophysical properties of the mixture R1234yf-CO2, and then we tested the other isomer and the mixture R1234ze R1234ze-CO2. The results were always compared with data from Refprop, the equation of Wagner in the biphasic region and the state equation of Martin-Hou in the region of superheated steam. The charging system has undergone changes to decrease the uncertainty due to estimation of the lost mass, the weak point of isochoric apparatus. A vacuum system was created to recover and weigh the loss mass in stages, so you can replace the previous estimate with a certain degree. The plant has been repeatedly tested with known gases, in order to validate the tests performed. The apparatus SLE allows to determine the melting point of the refrigerant gases and their mixtures, which were very low, requiring the use of liquid nitrogen. First, we found the triple point of the following fluids: - four hydro-olefin 2,3,3,3-tetrafluoroprop-1-ene, R1234yf, trans-1, 3,3,3 tetrafluoropropene, R1234ze (E), 3,3,3-trifluoropropene, R1234zf, 1.2, 3,3,3-pentafluoropropene, R1225ye (Z); - Five derivatives of propane-eptafluoropropano 1,1,1,2,3,3,3, R227ea; 1,1,1,3,3,3- exafluoropropano R236fa, 1,1,2,3,3,3 - exafluoropropano R236ea, 1,1,2,2,3- Pentafluoropropane, R245ca, 1,1,1,3,3-Pentafluoropropane, R245fa; - Three derivatives of the methane fluorometano, R41, and the Difluoromethane, R32, and the trifluoromethane, R23; - The four derivatives of ethane pentafluoroethane R125, 1,1,1,2-Tetrafluoroethane, R134a, 1,1,1,-trifluoroethane, R143a, 1.1-difluoroethane, R152a; - Mixtures: R1234yf-CO2, N2O and CO2-R1234ze + R41. Regarding the latter, the results were adjusted, where necessary, by the method of Rossini and interpreted using the equation of Schröder. The system was optimized by eliminating the internal copper coil that wrapped the measuring cell and placing the liquid nitrogen directly in contact with the measuring cell, thus improving heat transfer and reducing consumption of nitrogen liquid. The charging system has been modified to decrease the uncertainty of the title in the case of mixtures. As well as for the isochoric apparatus a vacuum system was created in order to allow more shots to recover and weigh the lost mass. Although this apparatus has been repeatedly tested with known gases in order to validate the tests Regarding the experimental refrigeration plant, after put it back in operation, we evaluated the performance of the refrigeration cycle cascade operating with CO2 and then with mixtures of CO2 + R23 in low temperature cycle. For the control both of valve laminating and of heat load we have chosen to use PID control, which aims to simulate the behavior of a refrigerator for freezing food. To improve the experimental plant, we used a volumetric flow meter on the high temperature cycle, after change of Labview software, which processes the data acquired from the plant, and we inserted a bypass system in the low temperature cycle; this system allows to recover the oil in circulation during the transition, in which the device operates in a partial load

The objectives of the next-generation space missions lead the development of increasingly innovative instrumentation able to visit unexplored areas of the solar system, and to operate in relative increasing harsh environments. All the instrumental sub-systems, included optical components will have to be able to withstand extreme operational environments, characterized by high thermal gradients, electromagnetic irradiation, particulate and high and low energy particles/ions irradiation. In particular, recently, it was demonstrated that low energy particles could compromise the performances of optical coatings, leading a potential failure of a space instrument. Accelerators are commonly used to reproduce the particles irradiation on components. By selecting ions energies and mission lifetime equivalent fluences it is in principle possible to replicate the effects induced by the space environment, although accelerators flux rates are higher of orders of magnitude with respect to the real space conditions. For this reason, it is arduous to be sure that ground tests are effectively representative of what occurs in space, making a crucial issue the definition of the experimental irradiation parameters like the ion flux. Moreover, the knowledge of the environmental agents of a specific space environment is still limited, and only in few cases in-situ measurements were performed. In order to overcome this lack, scaling models based on data collected at 1 A.U. can be used to estimate environment parameters of an unexplored space location. The impact on the optical components of the space environment is the main topic of this research project. In particular, a systematic investigation devoted to define clear and reliable testing procedures for optical coatings were performed. Such systematic studies started with Monte Carlo simulations to evaluate the penetration depth of a specific ion specie or particle within an optical element, determining the energy range where the ions highly interact with the coating. After that, in order to perform a systematic investigation of the damage mechanisms that a coating can undergo, many implantation experiments were carried out by using accelerators facilities. We observed that, depending on the coating structure and the ion energy, different potential damages can occur, such as changes of the optical properties of the materials, inter-diffusion at the interfaces due to elastic scattering interactions between the incident ions and the target atoms, delamination of some layers or a full detachment of the coating or part of it.
Il lavoro svolto in questo progetto di ricerca riguarda lo sviluppo e l’analisi di tecniche sperimentali atte alla validazione di un metodo affidabile per la qualifica spaziale di componenti ottici. In particolare è stato studiato l’effetto dell’irradiamento di ioni accelerati (principalmente protoni e ioni di He) in coating ottici, considerando energie simili a quelle presenti nel vento solare. Lo scopo principale è stato quello di studiare sperimentalmente l’impatto del vento solare sulle performance ottiche per componenti simili a quelli che possono essere utilizzati in missioni spaziali come ad esempio Solar Orbiter o BepiColombo. Lo studio dei molteplici fattori che influenzano e modificano le performance ottiche è stato eseguito considerando vari tipi di coating ottici, dai single layer ai multistrato. A tale scopo, diverse sessioni di irraggiamento sono state effettuate, in ognuna delle quali sono stati variati i principali parametri chiave che caratterizzano il tipo di irraggiamento, come la dose, il flusso di ioni, il tipo di ione e la sua energia. Ognuno di questi fattori è risultato essere influente nella modifica delle performance ottiche dei dispositivi irraggiati. In particolare, si è osservato che alcuni di questi fattori producono danni comparabili fra loro su alcune tipologie di struttura, mentre su altre lo stesso comportamento non veniva mostrato. Oltre alle analisi delle performance ottiche dei coating irraggiati sono state eseguite numerose indagini strutturali, allo scopo di chiarire quali modifiche a livello microstrutturale possono essere responsabili della modifica delle performance ottiche. Infine, è stato sviluppato un primo modello in grado di prevedere il cambiamento di riflettività prodotto su coating a single layer dall’irraggiamento con ioni. La realizzazione di tutti i coating ottici studiati, la loro caratterizzazione ottica e strutturale prima e dopo l’irraggiamento nonché tutte le simulazioni atte alla preparazione degli esperimenti di irraggiamento sono parte del lavoro svolto in questi tre anni di dottorato. In particolare, le attività di deposizione e caratterizzazione dei film sottili sono state realizzate utilizzando la strumentazione presente nei laboratori del CNR-IFN di Padova, nel dipartimento di fisica e di ingegneria industriale dell’Università degli Studi di Padova, e presso il sincrotrone Elettra di Trieste. Le sessioni di irraggiamento son state effettuate presso l’Ion Beam Center (IBC) dei laboratori Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) in Germania. In particolare, nell’ultimo anno ho personalmente seguito una sessione di irraggiamento della durata di un mese eseguendo le caratterizzazione ottiche e strutturali in situ.

Obbiettivo principale del presente lavoro di tesi è quello di valutare, attraverso un intervento di ristrutturazione importante su un edificio residenziale, un differente approccio metodologico alle tematiche impiantistiche, energetiche ed ambientali. Attraverso la combinazione del Building Information Modeling, di software specifici per l’analisi energetica e del protocollo di sostenibilità ambientale GBC HOME, di derivazione LEED, ma adattato al panorama tipologico e normativo italiano, si cercherà, da un lato di ottimizzare l’intero processo di progettazione architettonica ed impiantistica e dall’altro, si cercherà di porre particolare attenzione al confronto delle metodologie di analisi energetica promosse, dal protocollo di sostenibilità preso in esame ed invece quelle previste dalle leggi nazionali vigenti. Da una prima analisi dello stato di fatto, si proseguirà poi alla progettazione degli interventi di miglioramento delle caratteristiche termiche dell’involucro, come ad esempio l’installazione di cappotto isolante e la sostituzione dei serramenti, grazie ai quali sarà possibile contenere le dispersioni termiche ed installare, in linea con le principali politiche internazionali di decarbonizzazione, efficienti sistemi impiantistici in poma di calore. Si otterrà dunque come risultato finale un edificio ad alte prestazioni e completamente indipendente da forniture di gas metano ed in grado, perciò, di annullare le emissioni di CO2 all’interno dei confini della proprietà. Si cercherà inoltre di approfondire le potenzialità di sistemi di ventilazione meccanica controllata attraverso il diretto confronto con due differenti scenari di progetto, in funzione di una trattazione globale del concetto di sostenibilità. Infine, l’analisi dei risultati ottenuti consentirà di mettere in evidenza l’importanza dell’adozione di una analisi non esclusivamente energetica, in grado di valorizzazione e meglio giustificare tutte le scelte progettuali fatte.

Con l’aumento del consumo mondiale di risorse energetiche del pianeta, è diventato sempre più necessario utilizzare sistemi energetici che sfruttino al meglio la fonte di energia che li alimenta. Una delle soluzioni in questo ambito è quella proposta dagli Organic Rankine Cycle (ORC). Questi sistemi recuperano energia termica altrimenti non utilizzabile per le temperature troppo basse e sfruttano sorgenti termiche con ampi range di temperatura. L’elaborato volge all’analisi sperimentale delle prestazioni di un sistema Micro-ORC di piccola taglia, con rendimento termodinamico massimo dichiarato dal costruttore del 10 %. Inizialmente vengono descritti i fluidi organici e i sistemi che ne fanno uso, descrivendo anche esempi bibliografici di banchi prova per interpretare al meglio i risultati ottenuti con quello disponibile, che viene poi descritto, comprendendo i circuiti di asservimento dell’acqua calda e fredda, i punti di misura e il programma di acquisizione dati. Ci si concentra poi sulla descrizione e l’utilizzo dei codici implementati per l’elaborazione dei dati acquisiti. Questi hanno permesso di osservare gli andamenti temporali delle grandezze fondamentali per il sistema e valutarne la ripetibilità del comportamento nel corso di differenti prove. Vengono proposte infine le mappe di funzionamento per l’intero impianto e per i vari sotto-sistemi, offrendone un’interpretazione e inquadrandone i punti di lavoro ottimali. Attraverso la loro osservazione si sono dedotte le condizioni necessarie per avere un funzionamento ritenuto stabile del sistema ed è stato possibile ottimizzare le procedure svolte durante le fasi di test e di acquisizione dati. Sarà oggetto di studi futuri l’ottimizzazione dell’impianto, prolungando i tempi di esercizio a parità di carico elettrico e frequenza imposta alla pompa, con il fine di ottenere delle curve di prestazioni confrontabili con quelle presenti in bibliografia per altri sistemi ORC.

L’obiettivo dello studio è principalmente confrontare l’importanza della conformazione architettonica degli edifici residenziali ai fini della valutazione delle prestazioni energetiche. In particolare, si vuole valutare l’incidenza del dettaglio nella modellazione rispetto ai principali indicatori energetici. Inizialmente è stata fatta una ricognizione, nel complesso quadro normativo, sul concetto di efficienza energetica degli edifici, dal livello europeo alla legislazione nazionale e regionale, regione Veneto. È stata analizzata anche la normativa tecnica in materia italiana ed europea. Definizione di concetto di NZEB, nelle sue accezioni, definendone caratteristiche e quadro critico italiano. Analisi del concetto di efficienza energetica di un edificio e focus su: prestazione energetica, fabbisogno energetico, definizioni di trasmittanza termica, ponti termici, attestato di prestazione energetica (APE). Introduzione del caso di studio,edificio residenziale sito a Concordia Sagittaria, e descrizione di: configurazione architettonica, tipologia strutturale, impianti, consumi, stato di conservazione, progetto di miglioramento, materiali utilizzati, stratigrafie, tipologie abitative. Il caso di studio è stato scelto all’interno del progetto europeo TripleA-reno. Definito il software di modellazione è stata effettuata una valutazione dettagliata della prestazione energetica dell’edificio che è stato successivamente approssimato. Si sono poi messe a confronto le diverse valutazioni energetiche e valutati quali parametri vengono maggiormente influenzati dalla semplificazione introdotta. Lo studio è stato condotto sia per lo stato di fatto che per un paio di casi in stato di progetto. In parallelo è stato condotto un monitoraggio ambientale ed etnografico per valutare l’effettivo comfort abitativo in alcuni appartamenti rilevando i principali parametri ambientali (temperatura, umidità relativa, CO2 e consumi elettrici) in parallelo alle sensazioni degli abitanti.

Dynamic simulation is becoming very important in energy design phases of new buildings, in the energy diagnosis process and in case of continuous-commissioning. In Italy designers do not have to use dynamic simulations for verifying the minimal energy requirements of buildings, but they need to predict energy performance with more detail than what is possible with semi-stationary methods. National standards utilized to evaluate the energy performance of buildings are UNI TS 11300 parts 1, 2, 3 and 4; they use a semi-stationary method with monthly average climate data. In Europe the Energy Performance of Buildings Directive 2010/31/UE (EPBD Recast) introduces dynamic simulation to calculate primary energy for end uses in the context of Net Zero Energy Buildings. This work applies dynamic simulation to energy design of buildings and building monitoring, and focuses on the validity of these methods in evaluating high performance buildings, on the problem of input data availability and on the influence of some parameters in energy modeling. Starting from ANSI/ASHRAE validation tests of dynamic methods, this work suggest a validation procedure of the Design Builder software (in its Conduction Transfer Function package) using the European standard UNI EN 15265. The same standard is also used to evaluate which of the convection algorithms of EnergyPlus best approaches reference results for heating and cooling. The obtained results are used later for the dynamic simulation of high performance buildings case studies. The first case study is a new high energy performance residential building. The first step is an annual free-running monitoring of indoor environmental data; then the building is hourly simulated with a dynamic code and at the end there is an evaluation of the gap between actual and predicted data, and of their correlation when varying some input data of the model. The second case study is an energy design experience of a reconstructed residential building after the earthquake in Emilia Romagna (May 2012). The design process is being developed with the aim of receiving the GBC Home® Italia certification at the end of the construction phase. The work focalizes on the two dynamic simulations required by the protocol: design building and reference building. This procedure allows the collection of points in the category Energy and Atmosphere by demonstrating a percentage improvement in the proposed building performance rating compared with the baseline. The dynamic evaluation concerns all end uses of the building: heating, cooling, hot water production, pumps, lighting and other equipment.

La presente tesi illustra la modellazione del ciclo termico del Termovalorizzatore di Granarolo dell'Emilia, simulato sia in condizioni di design che in condizioni di off-design, tramite il software Thermoflex. L'obiettivo è quello di verificare la convenienza della modifica del layout attuale prevista, che prevede la realizzazione di un sistema di preriscaldo dei fumi di combustione prima dell'ingresso nel sistema SCR, tramite vapore surriscaldato. La modellazione è stata approfondita per le condizioni di marcia di fuori progetto tramite simulazione in off-design, attenzionando la penalizzazione della turbina a vapore e la degradazione delle sue prestazioni. Infine, è stata svolta un'analisi economica e ambientale con l'obiettivo di dimostrare la riduzione dell'impatto ambientale e calcolare il tempo di ritorno economico dell'investimento.

Il funzionamento di un impianto di condizionamento basato su un gruppo frigorifero con eiettore a geometria variabile è uno dei sistemi attualmente in fase di studio per una futura applicazione in ambito residenziale. Questo sistema è anche sviluppato all’interno del progetto europeo Hybrid-BioVGE, che sta studiando questi sistemi di condizionamento innovativi che utilizzano fonti rinnovabili come l’energia solare e la biomassa. La particolarità di questo impianto innovativo è nell’eiettore che garantisce una notevole semplicità strutturale al gruppo frigorifero, minori costi di mantenimento e di manutenzione; inoltre permette di utilizzare fluidi refrigeranti ecocompatibili riducendo l’impatto ambientale. Il gruppo chiller VGE è alimentato da acqua riscaldata o utilizzando l’energia solare o l'energia termica stoccata in serbatoio caldo o attraverso una caldaia a biomassa. Inoltre l’impianto è caratterizzato dalla presenza di un accumulo PCM, che funge da serbatoio per l’energia frigorifera prodotta. Attraverso il software TRNSYS 18 sono state studiate diverse modalità di funzionamento dell’impianto, destinato ad un utilizzo residenziale presso un edificio costruito a Porto, con l’obiettivo di implementare una strategia operativa che permetta di ridurre i consumi energetici durante la stagione di raffreddamento, di ottimizzarne il funzionamento attraverso il solo utilizzo, se possibile, dell’energia solare. Inoltre sono stati implementati nel software anche due impianti tradizionali di confronto, il primo con caldaia a condensazione e pompa di calore aria-acqua ed il secondo con pompa di calore reversibile, per mettere in evidenza le differenze nei risultati ottenuti tra l'impianto di progetto e questi ultimi in maniera tale da determinare i vantaggi, le potenzialità e gli svantaggi dell’impianto innovativo.

Il settore dell’edilizia è uno dei maggiori responsabili delle alterazioni ambientali. All’interno dell’Unione Europea, l’edilizia è responsabile del 40% del consumo energetico e del 50% delle emissioni di anidride carbonica e gas. Nel 1987, Gro Harlem Brundtland nel rapporto «Our common future» evidenziò la necessità di attuare una strategia che integri le esigenze dello sviluppo tenendo conto dell’effetto che ha sull’ambiente. La strategia definita dal rapporto è stata denominata con il termine “sustainable development” che indica <<… quello sviluppo che consente alla generazione presente di soddisfare i propri bisogni senza compromettere la possibilità delle generazioni future di soddisfare i propri>>. Il tema centrale della tesi è la valutazione della sostenibilità attraverso il metodo Level(s). Il quadro Level(s) è stato proposto nel 2017 dal Joint Research Center della Commissione Europea e si propone come riferimento comune in ambito UE per la valutazione della sostenibilità degli edifici. Il quadro Level(s) promuove un processo di valutazione basato sull'intero ciclo di vita, orientando gli utenti dall'interesse iniziale per i singoli aspetti delle prestazioni dell'edificio verso una prospettiva più olistica. La tesi analizza: ゝ Le caratteristiche che rendono un edificio sostenibile; ゝ I sistemi di valutazione e certificazione dei livelli di sostenibilità; ゝ Il quadro Level(s) ed i suoi macro-obiettivi; ゝ L’applicazione dei macro-obiettivi di Level(s) ad un caso studio. Dopo aver approfondito lo studio della metodica Level(s), la tesi sviluppa l’applicazione dei due macro-obiettivi previsti dal quadro Level(s) ad un caso studio di un edificio semplificato: ゝ Macro-obiettivo 1: emissioni di gas serra lungo il ciclo di vita di un edificio ゝ Macro-obiettivo 2: cicli di vita dei materiali circolari ed efficienti nell'uso delle risorse

More than 30% of the final energy uses in the European Union are due to the building energy consumptions. In order to reduce their energy impact and improve their efficiency, the design activity has been given a large importance, both for new buildings or refurbishment projects. Moreover, besides these goals, during the last years the indoor comfort conditions have assumed a more and more relevant significance for professionals in the building design. That required the development of properly detailed instruments of analysis, such as building energy simulation tools (BES). Generally, the more complex a tool, the higher the number of required inputs but not all of them are always available in the early design stages. For this reason, BES codes have been used also to elaborate simpler models. This research analyses the possibilities given by an extensive use of the BES for the evaluation of the building envelope energy performance and some of the different issues related to BES. The first topic discussed is related to the external boundary conditions in BES, in particular the definition of a representative weather file for the description of the external environment and of the modelling of the heat transfer through the ground. The second topic analyses the problems of the validation of the results provided by BES tools and the relative accuracy introduced by the choice of a specific code. The comparison between BES software is carried out both considering the outputs of a whole thermal zone, such as heating and cooling energy needs and peak loads and the time of their occurrences, and the response of a single component (i.e., opaque walls and glazings). Finally, the coherence between the energy needs elaborated by means of BES tools and those by the quasi-steady state model presented in the technical Standard EN ISO 13790:2008 is studied and some correction factors are proposed for this simplified method.
Più del 30% degli impieghi finali di energia nell’Unione Europea è dovuto ai consumi energetici degli edifici. Al fine di ridurre il loro impatto energetico e migliorare la loro efficienza, è stata data una sempre maggiore importanza all’attività di progettazione, sia in merito ai nuovi edifici sia per gli interventi di riqualificazione. Inoltre, in aggiunta a questi obiettivi, durante gli ultimi anni le condizioni di comfort nell’ambiente confinato hanno assunto una sempre maggiore significatività per i progettisti edili. Ciò ha richiesto lo sviluppo di strumenti di analisi adeguatamente dettagliati, come i simulatori dinamici dell’edificio. In generale, più è complesso uno strumento, maggiore è il numero di input richiesti ma non tutti sono sempre disponibili nelle fasi iniziali della progettazione. Per questa ragione, i codici di simulazione dinamica sono stati impiegati anche per sviluppare modelli semplificati. Questa ricerca analizza le possibilità date da un uso estensivo della simulazione dinamica per la valutazione delle prestazioni energetiche dell’involucro edilizio e alcune problematiche relative ad essa. Il primo argomento discusso riguarda le condizioni al contorno nella simulazione dinamica, in particolare la definizione di un file climatico rappresentativo per la descrizione dell’ambiente esterno e la modellazione dello scambio di calore attraverso il terreno. Il secondo argomento analizza i problemi della validazione dei risultati forniti dagli strumenti di simulazione dinamica e l’accuratezza introdotta dalla scelta di uno specifico codice. Il confronto tra i software di simulazione dinamica è condotto sia a livello degli output di un’intera zona termica, quali i fabbisogni di riscaldamento e raffrescamento, i carichi di picco e l’istante in cui si verificano, e la risposta di un singolo componente (i.e., le pareti opache e quelle vetrate). Infine, viene studiata la coerenza tra i fabbisogni energetici elaborati dagli strumenti di simulazione dinamica e quelli ottenuti tramite il modello semi-stazionario presentato nella normativa EN ISO 13790:2008 e vengono proposti alcuni fattori correttivi per questo metodo semplificato.

Despite significant efforts have been directed toward reducing waste generation and encouraging alternative waste management strategies, landfills still remain the main option for Municipal Solid Waste (MSW) disposal in many countries. Hence, landfills and related impacts on the surroundings are still current issues throughout the world. Actually, the major concerns are related to the potential emissions of leachate and landfill gas into the environment, that pose a threat to public health, surface and groundwater pollution, soil contamination and global warming effects. To ensure environmental protection and enhance landfill sustainability, modern sanitary landfills are equipped with several engineered systems with different functions. For instance, the installation of containment systems, such as bottom liner and multi-layers capping systems, is aimed at reducing leachate seepage and water infiltration into the landfill body as well as gas migration, while eventually mitigating methane emissions through the placement of active oxidation layers (biocovers). Leachate collection and removal systems are designed to minimize water head forming on the bottom section of the landfill and consequent seepages through the liner system. Finally, gas extraction and utilization systems, allow to recover energy from landfill gas while reducing explosion and fire risks associated with methane accumulation, even though much depends on gas collection efficiency achieved in the field (range: 60-90% Spokas et al., 2006; Huitric and Kong, 2006). Hence, impacts on the surrounding environment caused by the polluting substances released from the deposited waste through liquid and gas emissions can be potentially mitigated by a proper design of technical barriers and collection/extraction systems at the landfill site. Nevertheless, the long-term performance of containment systems to limit the landfill emissions is highly uncertain and is strongly dependent on site-specific conditions such as climate, vegetative covers, containment systems, leachate quality and applied stress. Furthermore, the design and operation of leachate collection and treatment systems, of landfill gas extraction and utilization projects, as well as the assessment of appropriate methane reduction strategies (biocovers), require reliable emission forecasts for the assessment of system feasibility and to ensure environmental compliance. To this end, landfill simulation models can represent an useful supporting tool for a better design of leachate/gas collection and treatment systems and can provide valuable information for the evaluation of best options for containment systems depending on their performances under the site-specific conditions. The capability in predicting future emissions levels at a landfill site can also be improved by combining simulation models with field observations at full-scale landfills and/or with experimental studies resembling landfill conditions. Indeed, this kind of data may allow to identify the main parameters and processes governing leachate and gas generation and can provide useful information for model refinement. In view of such need, the present research study was initially addressed to develop a new landfill screening model that, based on simplified mathematical and empirical equations, provides quantitative estimation of leachate and gas production over time, taking into account for site-specific conditions, waste properties and main landfill characteristics and processes. In order to evaluate the applicability of the developed model and the accuracy of emissions forecast, several simulations on four full-scale landfills, currently in operative management stage, were carried out. The results of these case studies showed a good correspondence of leachate estimations with monthly trend observed in the field and revealed that the reliability of model predictions is strongly influenced by the quality of input data. In particular, the initial waste moisture content and the waste compression index, which are usually data not available from a standard characterisation, were identified as the key unknown parameters affecting leachate production. Furthermore, the applicability of the model to closed landfills was evaluated by simulating different alternative capping systems and by comparing the results with those returned by the Hydrological Evaluation of Landfill Performance (HELP), which is the most worldwide used model for comparative analysis of composite liner systems. Despite the simplified approach of the developed model, simulated values of infiltration and leakage rates through the analysed cover systems were in line with those of HELP. However, it should be highlighted that the developed model provides an assessment of leachate and biogas production only from a quantitative point of view. The leachate and biogas composition was indeed not included in the forecast model, as strongly linked to the type of waste that makes the prediction in a screening phase poorly representative of what could be expected in the field. Hence, for a qualitative analysis of leachate and gas emissions over time, a laboratory methodology including different type of lab-scale tests was applied to a particular waste material. Specifically, the research was focused on mechanically biologically treated (MBT) wastes which, after the introduction of the European Landfill Directive 1999/31/EC (European Commission, 1999) that imposes member states to dispose of in landfills only wastes that have been preliminary subjected to treatment, are becoming the main flow waste landfilled in new Italian facilities. However, due to the relatively recent introduction of the MBT plants within the waste management system, very few data on leachate and gas emissions from MBT waste in landfills are available and, hence, the current knowledge mainly results from laboratory studies. Nevertheless, the assessment of the leaching characteristics of MBT materials and the evaluation of how the environmental conditions may affect the heavy metals mobility are still poorly investigated in literature. To gain deeper insight on the fundamental mechanisms governing the constituents release from MBT wastes, several leaching experiments were performed on MBT samples collected from an Italian MBT plant and the experimental results were modelled to obtain information on the long-term leachate emissions. Namely, a combination of experimental leaching tests were performed on fully-characterized MBT waste samples and the effect of different parameters, mainly pH and liquid to solid ratio (L/S,) on the compounds release was investigated by combining pH static-batch test, pH dependent tests and dynamic up-flow column percolation experiments. The obtained results showed that, even though MBT wastes were characterized by relatively high heavy metals content, only a limited amount was actually soluble and thus bioavailable. Furthermore, the information provided by the different tests highlighted the existence of a strong linear correlation between the release pattern of dissolved organic carbon (DOC) and several metals (Co, Cr, Cu, Ni, V, Zn), suggesting that complexation to DOC is the leaching controlling mechanism of these elements. Thus, combining the results of batch and up-flow column percolation tests, partition coefficients between DOC and metals concentration were derived. These data, coupled with a simplified screening model for DOC release, allowed to get a very good prediction of metal release during the experiments and may provide useful indications for the evaluation of long-term emissions from this type of waste in a landfill disposal scenario. In order to complete the study on the MBT waste environmental behaviour, gas emissions from MBT waste were examined by performing different anaerobic tests. The main purpose of this study was to evaluate the potential gas generation capacity of wastes and to assess possible implications on gas generation resulting from the different environmental conditions expected in the field. To this end, anaerobic batch tests were performed at a wide range of water contents (26-43 %w/w up to 75 %w/w on wet weight) and temperatures (from 20-25 °C up to 55 °C) in order to simulate different landfill management options (dry tomb or bioreactor landfills). In nearly all test conditions, a quite long lag-phase was observed (several months) due to the inhibition effects resulting from high concentrations of volatile fatty acids (VFAs) and ammonia that highlighted a poor stability degree of the analysed material. Furthermore, experimental results showed that the initial waste water content is the key factor limiting the anaerobic biological process. Indeed, when the waste moisture was lower than 32 %w/w the methanogenic microbial activity was completely inhibited. Overall, the obtained results indicated that the operative conditions drastically affect the gas generation from MBT waste, in terms of both gas yield and generation rate. This suggests that particular caution should be paid when using the results of lab-scale tests for the evaluation of long-term behaviour expected in the field, where the boundary conditions change continuously and vary significantly depending on the climate, the landfill operative management strategies in place (e.g. leachate recirculation, waste disposal methods), the hydraulic characteristics of buried waste, the presence and type of temporary and final cover systems.

Il Deep Mixing è un metodo di consolidamento efficace ed economicamente vantaggioso che consiste nel trattamento del terreno mediante miscelazione meccanica in situ con cemento, calce o altri leganti. Le caratteristiche di tale tecnologia ne assicurano un impiego vantaggioso per applicazioni ambientali, quali la realizzazione di barriere verticali impermeabili e gli interventi di Solidificazione/Stabilizzazione in presenza di siti contaminati. Una intensa attività di laboratorio a supporto delle procedure di QC/QA (controllo e assicurazione di qualità) accompagna le diverse fasi di progettazione, esecuzione e monitoraggio di un intervento Deep Mixing e riguarda per esempio i test di miscelazione per il confezionamento di provini di miscela terreno-legante o il prelievo di campioni di miscela fresca o indurita in situ su cui eseguire le opportune prove di laboratorio. Pur dimostrandosi di assoluta importanza ai fini del buon esito di un intervento di Deep Mixing, le relative procedure di laboratorio impiegate nei processi di QC/QA non risultano essere ancora standardizzate a livello nazionale ed internazionale, con evidenti impatti e ricadute. Tale problematica è l’oggetto della ricerca internazionale “International Collaborative Study on Deep Mixing Method” attualmente in fase di svolgimento e a cui partecipano tutti gli esperti nel settore Deep Mixing e all’interno della quale si colloca il presente lavoro di Tesi di Dottorato. L’obiettivo della attività di ricerca è stato quello di fornire utili indicazioni e valido supporto verso la standardizzazione a livello nazionale ed internazionale delle procedure di laboratorio impiegate nei processi di QC/QA (controllo ed assicurazione di qualità) associate ad un intervento di Deep Mixing. In particolare, lo scopo è stato quello di analizzare e calibrare la fase di miscelazione e confezionamento dei provini di miscela terreno-legante, apportando un contributo alla definizione dei concetti di “lavorabilità” della miscela e di “applicabilità” della tecnica di confezionamento dei provini stabilizzati. È stato condotto un estensivo programma sperimentale su sette terreni reali eterogenei di Roma (presso il DICEA, sono state realizzate 21 miscele) e sulla Kawasaki Clay (presso il PARI, sono state testate 9 miscele) stabilizzati mediante cemento Portland, al fine di indagare l’influenza di differenti tecniche di confezionamento sulle proprietà fisiche e meccaniche dei provini stabilizzati. Sono state preparate trenta miscele aventi diversa lavorabilità variando il contenuto d’acqua e il contenuto di legante e rapporto acqua/ cemento. Dalle miscele confezionate sono stati prodotti circa 900 provini impiegando le cinque tecniche di confezionamento proposte dallo studio internazionale. I provini sono stati testati mediante prove di compressione e prove di permeabilità a diversi tempi di maturazione. In particolare sono state messe a punto due procedure di laboratorio tra loro collegate per la valutazione della lavorabilità di miscele terreno-legante e per il confezionamento di provini stabilizzati da sottoporre alle diverse prove di laboratorio, largamente impiegate nelle varie fasi di un intervento di Deep Mixing. Tali procedure saranno proposte per una successiva standardizzazione a livello nazionale ed internazionale. La procedura nuova ed alternativa per la misura della lavorabilità, basata sulla misura diretta del momento torcente (Mt) necessario per ruotare la lama di un miscelatore a contatto con la generica miscela all’interno della ciotola di miscelazione, ha consentito di superare i limiti degli attuali dispositivi sperimentali basati sull’impiego del “Laboratory vane”. La nuova metodologia proposta garantisce una buona ripetibilità della misura in un più ampio range di lavorabilità e di caratteristiche dei terreni compresi quelli a struttura granulare. La nuova procedura è stata utilizzata per misurare la lavorabilità delle trenta miscele terreno-legante. Le tecniche di confezionamento impiegate, così come indicato nello studio internazionale, sono state: Nessuna Compattazione (N.C.), Tapping (TA.), Rodding (RO.), Compattazione Statica (S.C.25 ed S.C.50) e Compattazione Dinamica (D.C.). È stato quindi definito un indice di applicabilità (IA) in grado di permettere la scelta della più idonea tecnica di confezionamento per una data lavorabilità della miscela terreno-legante. L’indice IA fornisce l’indicazione sulla tecnica di confezionamento capace sia di assicurare la massima ripetibilità dei risultati rispetto le altre (in termini di minimi errori relativi) sia di produrre provini maggiormente omogenei e quindi aventi le migliori proprietà fisico-meccaniche (in termini di densità e resistenza a compressione qu). Dai dati sperimentali ottenuti, l’applicabilità di ciascuna tecnica di confezionamento per la preparazione di provini di miscela terreno-legante è risultata funzione della lavorabilità della miscela. Considerando i dati complessivamente ottenuti presso il PARI e presso il DICEA è stato quindi possibile definire i range di applicabilità delle tecniche di confezionamento in funzione della lavorabilità delle miscele terreno-legante (espressa dal parametro Mt, momento torcente). Altro obiettivo della ricerca è stato lo studio di “tire chips” (granulato di copertone) come additivo, per migliorare le caratteristiche delle miscele terreno-legante; questa fase è stata eseguita in collaborazione con il Foundation Group (PARI). È stata condotta una campagna di prove di laboratorio al fine di studiare l’effetto dell’aggiunta di “granulato di gomma da pneumatici” - tire chips - sulle proprietà meccaniche di una miscela terreno cemento, impiegato nella realizzazione di barriere impermeabili eseguite mediante la tecnologia del Deep Mixing. Il terreno studiato è una Sabbia argillosa artificiale, caratterizzata da un contenuto d’acqua del 16% e costituita dal 64% di Sabbia “Soma sand”, 27% di Argilla “Kawasaki clay” e 9% di Ghiaia. Sono stati impiegati tre diversi tenori di tire chips, additivati alla medesima miscela terreno cemento di partenza. Utilizzando apposita apparecchiatura triassiale, sono state eseguite prove di permeabilità durante i diversi gradini di carico di un processo di compressione ad espansione laterale libera. È stato anche possibile impiegare un Micro-Focus X-ray Computed Tomography (CT) scanner per eseguire delle tomografie ai raggi X dei provini di miscela testati. I risultati ottenuti indicano come la resistenza e la rigidezza dei provini testati si riducano con l‟incremento di tire chips, che portano verso un comportamento meno fragile. Contestualmente è stata osservata una riduzione della permeabilità a parità di step de formativo. L’ultima fase dello studio, eseguita in collaborazione con l’Università di Padova e la Bauer Group, ha riguardato il confronto tra i risultati di prove di laboratorio e quelli ottenuti con prove in sito effettuate in un campo prova di Cutter Soil Mixing a Zandvoort (Olanda). A partire dalle misure ottenute “real time” dei parametri di produzione di alcuni pannelli CSM di prova è stato possibile individuare il binder content effettivo, utile per ricreare il medesimo mix design in laboratorio, impiegando il terreno prelevato in sito e il legante utilizzato in cantiere secondo gli stessi dosaggi. Sui provini confezionati in laboratorio sono state condotte prove meccaniche e fisiche i cui risultati andranno integrati e confrontati con quelli ricavati a seguito di simili prove di laboratorio su campioni prelevati “wet grab” e di opportune prove in sito sui pannelli CSM in vera grandezza, al fine di valutare l’influenza sui risultati della procedura di prelievo di campioni in cantiere e delle condizioni effettivamente presenti in sito, quali: temperatura di maturazione, condizioni di confinamento, eventuale drenaggio di acqua ad opera degli strati sabbiosi. Si riportano le principali conclusioni dello studio sperimentale: L’estensivo programma sperimentale condotto ha consentito di ottenere indicazioni decisive riguardo l’influenza delle tecniche di confezionamento sulla rappresentatività delle prove preliminari di laboratorio così come condotte in un trattamento di Deep Mixing. I risultati ottenuti, che costituiscono una base suscettibile di integrazione con i dati ricavati dalle diverse organizzazioni partecipanti al programma di ricerca internazionale “International collaborative study on Deep Mixing”, hanno chiara evidenza applicativa con ricadute sui criteri di progettazione e controllo. In base ai risultati sperimentali illustrati nella tesi, che però necessitano di ulteriori approfondimenti, si può preliminarmente concludere che l’utilizzo di granulato di copertone come additivo in miscele terreno-cemento può essere impiegato con successo al fine di minimizzare la possibilità di perdita di tenuta della barriera verticale impermeabile nei casi di deformazioni considerevoli.

ABSTRACT. La ricerca di tesi dottorale propone lo studio di strumenti di valutazione ambientale nella loro applicazione a prodotti del settore lapideo nel campo delle costruzioni, al fine di valorizzarne i punti di forza e stimarne i punti di debolezza. Come caso studio è stata scelta la produzione della pietra leccese. La ricerca ha sviluppato la valutazione ambientale di prodotti lapidei leccesi facendo riferimento al metodo LCA, secondo la norma europea UNI EN 15804:2014 “Sostenibilità delle costruzioni - Dichiarazioni ambientali di prodotto - Regole chiave di sviluppo per categoria di prodotto”, nei moduli relativi alle fasi di produzione, LCA “dalla culla ai cancelli”. Si è fatto riferimento nello specifico anche alle PCR (Product Category Rules) Marble or other calcareous stone, granite, sandstone and monumental or building stone – 2009, sviluppate da CET SERVIZI R&S di Isea (TN). La analisi LCA ha portato alla elaborazione di indicatori di impatto a scala globale riconosciuti a livello internazionale: Global warming (GWP100a), Ozone layer depletion (ODP), Photochemical oxidation, Acidification, Eutrophication, Uso di Energia non rinnovabile. Al fine di includere nella valutazione aspetti di impatto “locale” non compresi fra gli indicatori LCA secondo UNI EN 15804, in modo da ottenere una valutazione più efficace, si è fatto riferimento, rielaborandoli, anche ad altri indicatori inclusi nel metodo ECOLABEL e in particolare nello “Ecolabel Europeo per Coperture dure, per pavimenti e pareti”, indicatori riferiti all’uso del suolo, di acqua, alla qualità dell’aria, al rumore. Per la raccolta dei dati dell’inventario è stato scelto un interlocutore, un’azienda del settore lapideo di pietra Leccese. Fin dove è stato possibile, i dati per l’inventario sono stati rilevati in maniera diretta, limitando al massimo il ricorso a dati generici da database. L’Unità di riferimento degli indicatori LCA è rappresentata da 1 tonnellata o da 1m3 di prodotto finito e questo ha messo in evidenza l’incidenza degli scarti e i conseguenti impatti in relazione alle quantità di prodotto effettivamente cavata. I dati sono stati confrontati con studi condotti con lo stesso metodo e riferimento normativo per altri tipi di pietra italiana (la pietra Serena di Firenzuola e il marmo di Custonaci). L’analisi ambientale ha permesso di individuare diversi punti critici del processo, tra questi l’attenzione si è concentrata sugli scarti in fase di produzione e il possibile utilizzo degli stessi, quali materie prime seconde nella produzione di agglomerati lapidei e di intonaco di finitura. Tramite la valutazione SWOT, svolta sulle due proposte di recupero degli scarti, si è definita la proposta di lastre in agglomerato lapideo prodotto in stampi e si sono condotte presso l’Università del Salento prove fisiche-meccaniche per verificarne l’idoneità all’uso come rivestimento. Infine si è valutato come l’impiego degli scarti in un co-prodotto (le lastre in agglomerato) affiancato alla produzione principale, determini conseguenze sulla riduzione dell’impatto attribuibile al processo di produzione nel suo complesso.