Second law analysis and simulation techniques for the energy optimization of buildings

The research activity described in this thesis is focused mainly on the study of finite-element techniques applied to thermo-fluid dynamic problems of plant components and on the study of dynamic simulation techniques applied to integrated building design in order to enhance the energy performance of the building. The first part of this doctorate thesis is a broad dissertation on second law analysis of thermodynamic processes with the purpose of including the issue of the energy efficiency of buildings within a wider cultural context which is usually not considered by professionals in the energy sector. In particular, the first chapter includes, a rigorous scheme for the deduction of the expressions for molar exergy and molar flow exergy of pure chemical fuels. The study shows that molar exergy and molar flow exergy coincide when the temperature and pressure of the fuel are equal to those of the environment in which the combustion reaction takes place. A simple method to determine the Gibbs free energy for non-standard values of the temperature and pressure of the environment is then clarified. For hydrogen, carbon dioxide, and several hydrocarbons, the dependence of the molar exergy on the temperature and relative humidity of the environment is reported, together with an evaluation of molar exergy and molar flow exergy when the temperature and pressure of the fuel are different from those of the environment. As an application of second law analysis, a comparison of the thermodynamic efficiency of a condensing boiler and of a heat pump is also reported. The second chapter presents a study of borehole heat exchangers, that is, a polyethylene piping network buried in the soil which allows a ground-coupled heat pump to exchange heat with the ground. After a brief overview of low-enthalpy geothermal plants, an apparatus designed and assembled by the author to carry out thermal response tests is presented. Data obtained by means of in situ thermal response tests are reported and evaluated by means of a finite-element simulation method, implemented through the software package COMSOL Multyphysics. The simulation method allows the determination of the precise value of the effective thermal properties of the ground and of the grout, which are essential for the design of borehole heat exchangers. In addition to the study of a single plant component, namely the borehole heat exchanger, in the third chapter is presented a thorough process for the plant design of a zero carbon building complex. The plant is composed of: 1) a ground-coupled heat pump system for space heating and cooling, with electricity supplied by photovoltaic solar collectors; 2) air dehumidifiers; 3) thermal solar collectors to match 70% of domestic hot water energy use, and a wood pellet boiler for the remaining domestic hot water energy use and for exceptional winter peaks. This chapter includes the design methodology adopted: 1) dynamic simulation of the building complex with the software package TRNSYS for evaluating the energy requirements of the building complex; 2) ground-coupled heat pumps modelled by means of TRNSYS; and 3) evaluation of the total length of the borehole heat exchanger by an iterative method developed by the author. An economic feasibility and an exergy analysis of the proposed plant, compared with two other plants, are reported. The exergy analysis was performed by considering the embodied energy of the components of each plant and the exergy loss during the functioning of the plants.

Reciproche influenze tra geomorfologia e popolamento antico presso le piane di foce dei fiumi tirrenici. Il caso del Fiume Garigliano

La Piana di foce del Garigliano (al confine tra Lazio e Campania) è caratterizzata, fino ad epoche recenti, dalla presenza di aree palustri e umide. Lo studio in corso cerca di ricostruire l’evoluzione dell’ambiente costiero mettendolo in relazione alla presenza dell’uomo, alla gestione del territorio, alle vicende storiche e alle variazioni climatiche utilizzando molteplici metodologie tipiche della geoarcheologia. Si tratta di un approccio multidisciplinare che cerca di mettere insieme analisi tipiche dell’archeologia, della topografia antica, della geomorfologia, della geologia e della paleobotanica. Fino all’età del Ferro l’unica traccia di popolamento viene da Monte d’Argento, uno sperone roccioso isolato lungo la costa, posto al limite occidentale di un ambiente sottostante che sembra una palude chiusa e isolata da apporti sedimentari esterni. Con il passaggio all’età del ferro si verifica un mutamento ambientale con la fine della grande palude e la formazione di una piccola laguna parzialmente comunicante con il mare. L’arrivo dei romani alla fine del III secolo a.C. segna la scomparsa dei grandi centri degli Aurunci e la deduzione di tre colonie (Sessa Aurunca, Sinuessa, Minturno). Le attività di sistemazione territoriale non riguardarono però le aree umide costiere, che non vennero bonificate o utilizzate per scopi agricoli, ma mantennero la loro natura di piccoli laghi costieri. Quest’epoca è dunque caratterizzata da una diffusione capillare di insediamenti, basati su piccole fattorie o installazioni legate allo sfruttamento agricolo. Poche sono le aree archeologiche che hanno restituito materiali successivi al II-III secolo d.C. La città resta comunque abitata fino al VI-VII secolo, quando l’instabilità politica e l’impaludamento dovettero rendere la zona non troppo sicura favorendo uno spostamento verso le zone collinari. Un insediamento medievale è attestato solo a Monte d’Argento e una frequentazione saracena dell’inizio del IX secolo è riportata dalle fonti letterarie, ma non vi è ancora nessuna documentazione archeologica.

Certificates for Incremental Type Checking

The central topic of this thesis is the study of algorithms for type checking, both from the programming language and from the proof-theoretic point of view. A type checking algorithm takes a program or a proof, represented as a syntactical object, and checks its validity with respect to a specification or a statement. It is a central piece of compilers and proof assistants. We postulate that since type checkers are at the interface between proof theory and program theory, their study can let these two fields mutually enrich each other. We argue by two main instances: first, starting from the problem of proof reuse, we develop an incremental type checker; secondly, starting from a type checking program, we evidence a novel correspondence between natural deduction and the sequent calculus.

L'impegno la passione l'obbedienza. Olinto Marella intellettuale e sacerdote tra Otto e Novecento

È importante ricordare che l’attuale Archivio Marella (AM) è stato costituito sotto la direzione del prof.re Mauro Pesce insieme alla dott.ssa Donatella Micheletti negli anni 1981-1983, dopo che Edero Gattamorta aveva contribuito in modo determinante a raccogliere il materiale che veniva inseguito inserito e pubblicato nel lavoro di tesi: Olinto Marella (1882-1969). Rinvenimento e sistemazione dell’archivio. Schizzo biografico, AA 1975-76, relatore Mauro Pesce, Università Bologna, Facoltà Scienze Politiche. I nuclei principali del materiale conservato nell’archivio riguardano: 1) la vita di Marella; 2) le iniziative caritative di M. dalla metà degli anni trenta in poi; 3) la famiglia Marella, soprattutto lo zio G. M. Marella; 4) la biblioteca. Già nella Guida alla consultazione dell’archivio curata da M. Pesce e stampata nel 1984 si rilevava come il materiale inventariato dal dr. E. Gattamorta nel 1975-76 del settore b) e quello del settore c) fosse assolutamente provvisorio e in parte non catalogato

Extending Implicit Computational Complexity and Abstract Machines to Languages with Control

The Curry-Howard isomorphism is the idea that proofs in natural deduction can be put in correspondence with lambda terms in such a way that this correspondence is preserved by normalization. The concept can be extended from Intuitionistic Logic to other systems, such as Linear Logic. One of the nice conseguences of this isomorphism is that we can reason about functional programs with formal tools which are typical of proof systems: such analysis can also include quantitative qualities of programs, such as the number of steps it takes to terminate. Another is the possiblity to describe the execution of these programs in terms of abstract machines. In 1990 Griffin proved that the correspondence can be extended to Classical Logic and control operators. That is, Classical Logic adds the possiblity to manipulate continuations. In this thesis we see how the things we described above work in this larger context.

Il diritto alla detrazione e le frodi Iva

Il presente lavoro parte dalla constatazione che l’Imposta sul valore aggiunto è stata introdotta con lo scopo specifico di tassare il consumo in modo uniforme a livello europeo. La globalizzazione dell’economia con l’abolizione delle frontiere ha tuttavia favorito la nascita non solo di un mercato unico europeo, ma anche di “un mercato unico delle frodi”. L’esistenza di abusi e frodi in ambito Iva risulta doppiamente dannosa per l’Unione europea: tali condotte incidono quantitativamente sull'ammontare delle risorse proprie dell’Unione e sulle entrate fiscali dei singoli Stati membri nonché violano il principio di concorrenza e producono distorsioni nel mercato unico. È in questo contesto che intervengono i giudici nazionali e la Corte di Giustizia, al fine di porre un freno a tali fenomeni patologici. Quest’ultima, chiamata a far rispettare il diritto comunitario, ha sviluppato una misura antifrode e antiabuso consistente nel diniego del diritto alla detrazione qualora lo stesso venga invocato dal soggetto passivo abusivamente o fraudolentemente. Vedremo però che il problema non può essere facilmente ridotto a formule operative: al di là dello schema, fin troppo scontato, dell’operatore apertamente disonesto e degli operatori con esso dichiaratamente correi, rimane il territorio grigio dei soggetti coinvolti, qualche volta inconsapevolmente qualche volta consapevolmente, ma senza concreta partecipazione nella frode da altri orchestrata. Permane a questo punto la domanda se sia coerente - in un sistema impositivo che privilegia i profili oggettivi, prescindendo, salvo gli aspetti sanzionatori, da quelli soggettivi- negare il diritto alla detrazione Iva per asserita consapevolezza di comportamenti fraudolenti altrui o se non vi siano regole più adatte al fine di porre un freno alle frodi e dunque più conformi al principio di proporzionalità.

El principio de neutralidad interna en el IVA

La tesis estudia el principio de neutralidad en su vertiente interna y su aplicación efectiva en el IVA. Se centra en los principales aspectos de la configuración jurídica del impuesto: derecho de deducción, exenciones y tipos reducidos. Se realiza en primer lugar una aproximación teórica al principio desde un punto de vista jurídico y también económico. Una vez construido el principio se acomete una comparación de las distintas clases de impuestos indirectos que pueden establecerse y se analiza su cumplimiento del principio de neutralidad fiscal. El énfasis es mayor en los impuestos en cascada, impuestos monofásicos minoristas y en el IVA. El objetivo de la tesis es, por tanto, concretar el contenido del principio, desarrollar sus implicaciones económicas principales y analizar el grado de cumplimiento real de la Directiva IVA. Desde el punto de vista del derecho de deducción y de las exenciones el estudio se apoya en el análisis de la jurisprudencia del Tribunal de Justicia de la Unión Europea, donde se profundizará en cuestiones como la utilización de bienes de uso mixto, la consideración de costes como directos o generales y las formas de ejercicio del exceso de deducción (devolución y compensación). Además, la tesis muestra las principales excepciones al principio de neutralidad establecidas en la Directiva IVA: prohibiciones al derecho de deducción, exenciones y tipos reducidos. En esta parte también se apoyará el estudio en la jurisprudencia del TJUE, que ha construido en gran medida los criterios de interpretación de estas excepciones. En conclusión, el objetivo de la tesis es medir si la directiva IVA cumple con el principio de neutralidad fiscal, para lo que deberá haberse especificado primero su significado concreto y se habrá debido diferenciar entre sus dos dimensiones: interna y externa.

Keplero e la musica. Il Libro III dell'Harmonice mundi (Linz, 1619): traduzione e Introduzione

Questo lavoro si concentra su un particolare aspetto della sfaccettata ricerca scientifica di Johannes Kepler (1571-1630), ossia quello teorico-musicale. I pensieri dell’astronomo tedesco riguardanti tale campo sono concentrati – oltre che in alcuni capitoli del Mysterium cosmographicum (1596) ed in alcune sue lettere – nel Libro III dell’Harmonices mundi libri quinque (1619), che, per la sua posizione mediana all’interno dell’opera, tra i primi due libri geometrici e gli ultimi due astronomici, e per la sua funzione di raccordo tra la «speculazione astratta» della geometria e la concretizzazione degli archetipi geometrici nel mondo fisico, assume la struttura di un vero e proprio trattato musicale sul modello di quelli rinascimentali, nel quale la «musica speculativa», dedicata alla teoria delle consonanze e alla loro deduzione geometrica precede la «musica activa», dedicata alla pratica del canto dell’uomo nelle sue differenze, generi e modi. La tesi contiene la traduzione italiana, con testo latino a fronte, del Libro III dell’Harmonice, e un’ampia introduzione che percorre le tappe fondamentali del percorso biografico e scientifico che hanno portato alla concezione di quest’opera – soffermandosi in particolare sulla formazione musicale ricevuta da Keplero, sulle pagine di argomento musicale del Mysterium e delle lettere, e sulle riflessioni filosofico-armoniche sviluppate negli anni di ricerca – e offre gli elementi fondamentali per poter comprendere l’Harmonice mundi in generale e il Libro III in particolare. A ciò si aggiunge, in Appendice, la traduzione, anch’essa con testo latino a fronte, della Sectio V, dedicata alla musica, del Liber IX dell’Almagestum novum (1651) di Giovanni Battista Riccioli (1598-1671), interessante sia dal punto di vista della recezione delle teorie di Keplero che dal punto di vista della storia delle idee musicali.

Le confraternite della comunità ebraica di Modena in età moderna

Il presente contributo intende ricostruire la vicenda storica delle associazioni caritative ebraiche attive a Modena durante l’età Moderna. Attraverso l’analisi dei registri, che si sono conservati nei più svariati archivi e che sono rimasti fino ad oggi per la maggior parte inesplorati, appartenuti alle diverse compagnie o confraternite modenesi, si è tentato di ricostruire non solo la vicenda storica di questi istituti, ma parte della storia della società ebraica, con le sue problematiche, rinchiusa all’interno del ghetto. Partendo dal concetto misnaico di Sedaqah, fino ad arrivare al concetto filantropico di beneficienza, attraverso il fondamentale il paragone con le confraternite cristiane, e l’analisi delle confraternite delle altre città italiane già ampiamente studiate, tramite lo studio di questi registri, in particolare gli statuti e le regole che queste associazioni si davano, è stato possibile ricostruire aspetti rilevanti della vita materiale e culturale che hanno caratterizzato la collettività ebraica di Modena durante l’età Modena. La comunità modenese era popolata da più di quindici confraternite, attive nello stesso periodo storico, che avevano scopi sia religiosi che di beneficienza verso quella parte della popolazione più bisognosa di aiuto, ed ha ospitato una confraternita tutta al femminile che è risultata essere un unicum in Europa, poiché si è conservata per intero la sua documentazione, cosa non avvenuta per altre confraternite femminili. Questo studio intende fornire una panoramica delle suddette fonti, per la maggior parte inedite, di estrema importanza per la ricostruzione di aspetti rilevanti della vita materiale e culturale della collettività ebraica modenese.

L'Oratorio e la cura. Assistenza e medicina nella Roma dei papi (secc. XVI-XVII)

La tesi è incentrata sul rapporto tra una comunità religiosa maschile, la Congregazione dell'Oratorio di Roma dei secoli XVI e XVII, e il concetto di cura, mettendo in dialogo storia sociale, storia religiosa e storia della medicina. La prima parte indaga il coinvolgimento degli Oratoriani nella rete caritativa urbana, sottolineando il loro contributo nello sviluppo e nell'amministrazione di una serie di ospedali, ma anche il loro impegno pratico nella cura spirituale e corporale dei malati. La seconda parte prende in esame i professionisti sanitari che frequentavano l'Oratorio, inquadrando il loro rapporto con i padri nel quadro di una più ampia rete di connessioni sociali e politiche nella Roma pontificia. Inoltre, mettendo in rilievo le specificità di speziali, barbieri-chirurghi e medici, l'indagine considera il loro coinvolgimento nella vita religiosa della comunità e la messa a frutto del loro sapere, in ambito umanistico e anatomico. La terza parte studia il complesso rapporto dei sacerdoti con il proprio corpo e con la salute. Viene rilevato il peso delle condizioni sanitarie nell’accettazione di nuovi membri, i legami tra estetica, identità sociale e medicina, ma si prendono in considerazione anche l’ambigua funzione del cibo – inteso come strumento di ascesi che di cura – e il funzionamento concreto dell'organizzazione medica della comunità. Inoltre, un capitolo analizza la circolazione del sapere medico, evidenziando il ruolo della biblioteca, la raccolta e lo scambio di ricette mediche e l'importanza della spezieria comunitaria, mentre un altro capitolo si focalizza sui viaggi terapeutici e sulla pratica del termalismo. L'ultima parte è incentrata sulla peste romana del 1656-57, analizzando il modo in cui la Congregazione affrontò lo scoppio e lo sviluppo dell'epidemia, sia in casa che in città, per sottolineare il fragile e ambiguo equilibrio che definirono tra carità e tutela della salute.