Metrologia dei campi di radiazioni di bassa energia

The conversion coefficients from air kerma to ICRU operational dose equivalent quantities for ENEA’s realization of the X-radiation qualities L10-L35 of the ISO “Low Air Kerma rate” series (L), N10-N40 of the ISO “Narrow spectrum” series (N) and H10-H60 of the ISO “High Air-kerma rate” (H) series and two beams at 5 kV and 7.5 kV were determined by utilising X-ray spectrum measurements. The pulse-height spectra were measured using a planar high-purity germanium spectrometer (HPGe) and unfolded to fluence spectra using a stripping procedure then validate with using Monte Carlo generated data of the spectrometer response. HPGe portable detector has a diameter of 8.5 mm and a thickness of 5 mm. The entrance window of the crystal is collimated by a 0.5 mm thick Aluminum ring to an open diameter of 6.5 mm. The crystal is mounted at a distance of 5 mm from the Berillium window (thickness 25.4 micron). The Monte Carlo method (MCNP-4C) was used to calculate the efficiency, escape and Compton curves of a planar high-purity germanium detector (HPGe) in the 5-60 keV energy. These curves were used for the determination of photon spectra produced by the X-ray machine SEIFERT ISOVOLT 160 kV in order to allow a precise characterization of photon beams in the low energy range, according to the ISO 4037. The detector was modelled with the MCNP computer code and validated with experimental data. To verify the measuring and the stripping procedure, the first and the second half-value layers and the air kerma rate were calculated from the counts spectra and compared with the values measured using an a free-air ionization chamber. For each radiation quality, the spectrum was characterized by the parameters given in ISO 4037-1. The conversion coefficients from the air kerma to the ICRU operational quantities Hp(10), Hp(0.07), H’(0.07) and H*(10) were calculated using monoenergetic conversion coefficients. The results are discussed with respect to ISO 4037-4, and compared with published results for low-energy X-ray spectra. The main motivation for this work was the lack of a treatment of the low photon energy region (from a few keV up to about 60 keV).

Realizzazione di riporti funzionalizzanti su superfici ceramiche per la produzione di energia elettrica mediante effetto fotovoltaico

This research, carried out during the PhD in Materials Engineering, deals with the creation of layers, with different functionality, deposited on a ceramic substrate, to obtain photovoltaic cells for electricity production. The research activities are included in the project PRRIITT, Measure 4 (Development of Networks), Action A (Research and Technology Transfer Laboratories), Thematic reference 3 (Advanced materials applications development), co-financed by the Emilia Romagna Region, for the creation of CECERBENCH laboratory, which aims to develop "Tiles with a functionalised surface”. The innovation lies in the study of materials and in the development of technologies to achieve a "photovoltaic surface", directly in the tiles production process. The goal is to preserve the technical characteristics, and to make available new surfaces, exploiting renewable energy sources. The realization of Building Integrated PhotoVoltaic (BIPV) is nowadays a more and more spread tendency. The aims of the research are essentially linked to the need to diversify the actual ceramic tile production (which is strongly present in the Emilia Romagna Region ), and to provide a higher added value to the tiles. Solar energy production is the primary objective of the functionalization, and has a relevant ecological impact, taking into account the overwhelming global energy demand. The specific activities of the PhD were carried out according to the achievement of scientific and technological objectives of CECERBENCH laboratory, and involved the collaboration in design solutions, to obtain the cells directly on the tiles surface. The author has managed personally a part of the research project. Layers with different features were made: - Electrically conductive layers, directly on the ceramic tiles surface; - Layers to obtain the photovoltaic functionality; - Electrically insulating, protective layers (double function). For each layer, the most suitable materials have been selected. Among the technical application, the screen printing was used. This technique, widely used in ceramics, has many application areas, including the electronics and photovoltaic industries. It is an inexpensive technique, easy to use in industrial production lines. The screen printing technique was therefore studied in depth by theoretical considerations, and through the use of rheological measurements.

Sistemi per la climatizzazione mediante pompe di calore geotermiche e pali energetici

We need a large amount of energy to make our homes pleasantly warm in winter and cool in summer. If we also consider the energy losses that occur through roofs, perimeter walls and windows, it would be more appropriate to speak of waste than consumption. The solution would be to build passive houses, i.e. buildings more efficient and environmentally friendly, able to ensure a drastic reduction of electricity and heating bills. Recently, the increase of public awareness about global warming and environmental pollution problems have “finally” opened wide possibility in the field of sustainable construction by encouraging new renewable methods for heating and cooling space. Shallow geothermal allows to exploit the renewable heat reservoir, present in the soil at depths between 15 and 20 m, for air-conditioning of buildings, using a ground source heat pump. This thesis focuses on the design of an air-conditioning system with geothermal heat pump coupled to energy piles, i.e. piles with internal heat exchangers, for a typical Italian-family building, on the basis of a geological-technical report about a plot of Bologna’s plain provided by Geo-Net s.r.l. The study has involved a preliminary static sizing of the piles in order to calculate their length and number, then the project was completed making the energy sizing, where it has been verified if the building energy needs were met with the static solution obtained. Finally the attention was focused on the technical and economical validity compared to a traditional system (cost-benefit analysis) and on the problem of the uncertainty data design and their effects on the operating and initial costs of the system (sensitivity analysis). To evaluate the performance of the thermal system and the potential use of the piles was also used the PILESIM2 software, designed by Dr. Pahud of the SUPSI’s school.

Studio di fattibilità di un impianto di condizionamento tramite sistema geotermico: il caso ospedale nuovo di Imola

L’obiettivo dell’elaborato è analizzare la fattibilità tecnica ed economica di un impianto di prelievo d’acqua da falda artesiana per lo scambio termico nell’impianto frigorifero centralizzato dell’ospedale civile nuovo di Imola. Esso provvede a fornire acqua refrigerata a tutte le unità di trattamento aria (u.t.a.) del complesso ospedaliero ed è finalizzato a garantire per ogni locale le specifiche condizioni igrometriche , nonchè il benessere degli operatori e dei pazienti della struttura. Il lavoro di progettazione ha riguardato il dimensionamento di componenti e reti idrauliche con l’ausilio del software “EPANET” (programma per la simulazione di reti idrauliche). L’idea che ha guidato il presente elaborato è stata la creazione di un “ciclo” dell’acqua tale per cui l’acqua di scarto delle torri evaporative viene utilizzata per l’irrigazione degli orti nei pressi dei quale sorge il pozzo e successivamente, va ad alimentare la falda stessa. Le scelte progettuali hanno quindi dovuto considerare questo importante vincolo e sono state tese alla minimizzazione dei consumi d’acqua e , quindi, alla sostenibilità ambientale dell’intero impianto. In generale, infatti non è detto che la soluzione economicamente più vantaggiosa lo sia anche dal punto di vista ambientale. La soluzione adottata con rilancio dell’acqua agli orti limita il prelievo medio giornaliero d’acqua di falda di 20 m3/gg durante il periodo estivo. E’stato dimostrato come il progetto sia tecnicamente fattibile e generi valore per l’impresa con indice di rendimento IR(VAN/Capitale investito) pari a 1,29 per i primi 20 anni e pari a 2,06 per n anni di funzionamento dell’impianto con un tempo di recupero del capitale investito pari a sei anni.

Acqua: solvente elettivo in Organocatalisi e Biocatalisi

Water is a safe, harmless, and environmentally benign solvent. From an eco-sustainable chemistry perspective, the use of water instead of organic solvent is preferred to decrease environmental contamination. Moreover, water has unique physical and chemical properties, such as high dielectric constant and high cohesive energy density compared to most organic solvents. The different interactions between water and substrates, make water an interesting candidate as a solvent or co-solvent from an industrial and laboratory perspective. In this regard, organic reactions in aqueous media are of current interest. In addition, from practical and synthetic standpoints, a great advantage of using water is immediately evident, since it does not require any preliminary drying process. This thesis was found on this aspect of chemical research, with particular attention to the mechanisms which control organo and bio-catalysis outcome. The first part of the study was focused on the aldol reaction. In particular, for the first time it has been analyzed for the first time the stereoselectivity of the condensation reaction between 3-pyridincarbaldehyde and the cyclohexanone, catalyzed by morpholine and 4-tertbutyldimethylsiloxyproline, using water as sole solvent. This interest has resulted in countless works appeared in the literature concerning the use of proline derivatives as effective catalysts in organic aqueous environment. These studies showed good enantio and diastereoselectivities but they did not present an in depth study of the reaction mechanism. The analysis of the products diastereomeric ratios through the Eyring equation allowed to compare the activation parameters (ΔΔH≠ and ΔΔS≠) of the diastereomeric reaction paths, and to compare the different type of catalysis. While morpholine showed constant diasteromeric ratio at all temperatures, the O(TBS)-L-proline, showed a non-linear Eyring diagram, with two linear trends and the presence of an inversion temperature (Tinv) at 53 ° C, which denotes the presence of solvation effects by water. A pH-dependent study allowed to identify two different reaction mechanisms, and in the case of O(TBS)-L-proline, to ensure the formation of an enaminic species, as a keyelement in the stereoselective process. Moreover, it has been studied the possibility of using the 6- aminopenicillanic acid (6-APA) as amino acid-type catalyst for aldol condensation between cyclohexanone and aromatic aldehydes. A detailed analysis of the catalyst regarding its behavior in different organic solvents and pH, allowed to prove its potential as a candidate for green catalysis. Best results were obtained in neat conditions, where 6-APA proved to be an effective catalyst in terms of yields. The catalyst performance in terms of enantio- and diastereo-selectivity, was impaired by the competition between two different catalytic mechanisms: one via imine-enamine mechanism and one via a Bronsted-acid catalysis. The last part of the thesis was dedicated to the enzymatic catalysis, with particular attention to the use of an enzyme belonging to the class of alcohol dehydrogenase, the Horse Liver Alcohol Dehydrogenase (HLADH) which was selected and used in the enantioselective reduction of aldehydes to enantiopure arylpropylic alcohols. This enzyme has showed an excellent responsiveness to this type of aldehydes and a good tolerance toward organic solvents. Moreover, the fast keto-enolic equilibrium of this class of aldehydes that induce the stereocentre racemization, allows the dynamic-kinetic resolution (DKR) to give the enantiopure alcohol. By analyzing the different reaction parameters, especially the pH and the amount of enzyme, and adding a small percentage of organic solvent, it was possible to control all the parameters involved in the reaction. The excellent enatioselectivity of HLADH along with the DKR of arylpropionic aldehydes, allowed to obtain the corresponding alcohols in quantitative yields and with an optical purity ranging from 64% to >99%.

Galeata(FC). Rigenerazione urbana e recupero architettonico di plesso scolastico con retrofitting

Questa tesi si pone come obiettivo la riqualificazione architettonica del plesso scolastico del Comune di Galeata, cittadina della media valle del Bidente conosciuta sia per gli estesi ritrovamenti archeologici dell’antica città romana di Mevaniola e del cosiddetto “Palazzo di Teodorico”, sia per essere la città con la percentuale più alta di immigrati regolari a livello nazionale. Sono proprio queste peculiarità a guidare il progetto verso un intervento mirato non solo alla rigenerazione urbana dell’area ma anche civica e sociale attraverso la dotazione di nuovi servizi e spazi pubblici. Il progetto nasce dall’idea di dare un carattere unitario e riconoscibile ad un’area attualmente caratterizzata da singoli edifici che semplicemente si susseguono l’uno dopo l’altro in modo paratattico. La volontà è invece quella di dar vita ad un vero e proprio “palazzo” dell’istruzione, caratterizzato da spazi privati e spazi pubblici, spazi aperti e spazi chiusi in grado di dare una molteplicità di risposte e soluzioni alla complessità della società odierna galeatese. Proprio lo spazio pubblico è infatti il vero motore dell’intervento; quello spazio pubblico attualmente negato a Galeata, che si è vista mutilata nella parte centrale del suo centro storico sventrato alla fine dell’Ottocento per la costruzione della strada statale bidentina, diventa ora generatore di nuove relazioni con gli edifici dell’area e di nuove dinamiche tra il plesso scolastico e la città grazie alla realizzazione di corti aperte e terrazzate, piazze e strade pedonali che fungono sia da giardini sia da spazi espositivi o comunque spazi polifunzionali che possono accogliere eventi nei vari mesi dell’anno, entrando così a far parte di quella serie di attrezzature a servizio delle manifestazioni culturali in cui è sempre attiva la valle del Bidente e la comunità di Galeata. La scuola d’infanzia e di istruzione primaria viene così a configurarsi non solo come il primo luogo della crescita culturale del bambino, ma anche come primo luogo di integrazione sociale, perché il nuovo progetto genera all’interno e all’esterno degli edifici occasioni di incontro e confronto tra gli scolari grazie all’attenzione riservata agli spazi per le attività di interciclo e per le attività libere. Inoltre l’area viene dotata di un centro maternità/consultorio dove sono collocati servizi di assistenza per le donne in gravidanza e dove le stesse possono confrontare e condividere la propria esperienza con le altre future mamme. L’intero intervento è guidato a livello progettuale anche da criteri di ecoefficienza come educazione alla responsabilità ambientale.

Sant'Arduino. Conservazione, recupero e valorizzazione dell'antico borgo del Montefeltro

L’evolvere del sistema insediativo nelle Marche, dal dopoguerra ad oggi, ha condotto ad un diffuso sottoutilizzo dei piccoli centri storici ed all’abbandono, ormai definitivo, di quei borghi minori, privi di funzioni di pregio, privi ormai anche delle dotazioni minime funzionali all’abitare. Il piccolo nucleo di Sant’Arduino si inserisce in quel lungo elenco di borghi che, con il graduale abbandono dell’agricoltura, hanno subito un progressivo processo di spopolamento. Lungo la strada che da Macerata Feltria conduce verso il monte Carpegna, il complesso monumentale è quasi sospeso su un dirupo: un campanile senza campane, una chiesa sconsacrata e pochi edifici rustici da alcuni anni completamente abbandonati. E' tutto quello che rimane dell'antico castello e della Chiesa parrocchiale di Sant’Arduino, che oggi ha perso la propria autonomia amministrativa e si colloca nel Comune di Pietrarubbia. Questo lavoro vuole offrire un contributo al processo di valorizzazione dei nuclei minori di antico impianto, intento promosso dalla stessa Regione all’interno del progetto “Borghi delle Marche”. La sensibilizzazione per un recupero urbanistico e architettonico del patrimonio tradizionale minore si coniuga con la scelta di inserire l’intervento nel suo contesto culturale e geografico, cercando di impostare, non un isolato intervento di recupero, ma un anello di connessione in termini sociali, culturali e funzionali con le politiche di sviluppo del territorio. Il percorso individuato si è articolato su una prima fase di indagine volta ad ottenere una conoscenza del tema dei borghi abbandonati e del sistema dei borghi delle Marche, successivamente l’analisi storica e la lettura e l’indagine dell’oggetto, fasi propedeutiche all’elaborazione di un’ipotesi di intervento, per giungere all’individuazione della modalità di riuso compatibile con il rispetto dei valori storico, formali e culturali del luogo. Per questo la scelta del riuso turistico del complesso, trovando nella funzione di albergo diffuso la possibile e concreta conversione dei manufatti. Il tutto basandosi su un’approfondita ricerca storica e su un’analisi dei sistemi costruttivi tradizionali, inserendo gli interventi di restauro dell’esistente e di integrazione delle nuove strutture nel totale rispetto della fabbrica. L’idea che ha mosso l’intero lavoro parte dall’analisi della cultura rurale locale, che ha generato il patrimonio dell’architettura minore. L’alta valle del Foglia può rappresentare un territorio nuovamente appetibile se non perde le sue ricchezze; la valorizzazione e il recupero di quest’architettura diffusa può rappresentare un buon trampolino di lancio per riappropriarsi della storia e della tradizione del luogo.

Il recupero della ex ferrovia Rimini-San Marino : un'occasione per la mobilità lenta nel territorio riminese

Questo lavoro riguarda il recupero di una ferrovia dismessa per la realizzazione di una "greenway", ovvero un percorso per la mobilità lenta. Per mobilità lenta si intende mobilità alternativa al traffico veicolare motorizzato e riguarda il muoversi su un territorio a piedi in bicicletta o con altro mezzo di trasporto senza l’ausilio di un motore. La lentezza è una caratteristica che permette una visione nuova dei paesaggi che si attraversano, siano essi naturali o urbani. In alcuni casi si parla anche di circolazione dolce. Questo tipo di circolazione necessita di infrastrutture con caratteristiche adatte a questa funzione, attrezzate in modo da consentire il più alto grado di fruibilità e comodità d’uso. Esse devono servire a muoversi nel territorio in maniera comoda e sicura. Una ferrovia dismessa si presta ad essere riconvertita in un percorso per la mobilità lenta in quanto presenta caratteristiche compatibili con questo nuovo utilizzo. In primo luogo le caratteristiche geometriche come ad esempio le pendenze ridotte, la larghezza e la regolarità del tracciato e la pubblica proprietà. Una ferrovia dismessa rappresenta una opportunità per l’intero territorio attraversato in quanto può rappresentare un importante elemento di connessione fra le popolazioni e le risorse del territorio. La connessione richiama il concetto di rete che è formata da punti e da linee che li collegano fra di loro. Questo concetto è importante per capire come questo percorso possa interagire con le altre risorse territoriali. Ad esempio in alcuni casi una greenway può costituire un corridoio ecologico ed entrare a far parte di una rete ecologica, diventando così una importante risorsa per la diffusione della biodiversità. Nell’affrontare un argomento complesso come la riconversione di una ferrovia dismessa è stata fondamentale l’esperienza fatta sul campo visitando casi di greenway già realizzate in Italia, dalla quale è stato possibile estrapolare una serie di soluzioni da adottare per analogia al caso in esame. E’ stato importante inoltre tutto il lavoro di conoscenza riguardante la storia della ferrovia e le tecniche realizzative dei fabbricati e manufatti, che ha permesso di studiare soluzioni progettuali adatte ad un nuovo utilizzo compatibile alla funzione originaria degli stessi. Le analisi territoriali hanno permesso poi di ricavare importanti informazioni riguardanti il tipo di utenza potenziale, le risorse del territorio attraversate dal tracciato storico, nonché le previsioni future ricavate dagli strumenti urbanistici vigenti. Tutte queste informazioni sono state sintetizzate in una analisi criticità/potenzialità che ha permesso di individuare le azioni progettuali necessarie. Mentre l’analisi territoriale è svolta a tavolino, la successiva analisi del percorso invece è stata portata a termine con un rilievo diretto sul campo al fine di verificare le informazioni raccolte in precedenza. Dividendo il percorso in tratti omogenei è stato possibile assegnare ad ogni tratto un corrispondente tipo di intervento. La verifica di criticità e potenzialità ha permesso poi di programmare corrispondenti azioni progettuali al fine di risolvere le prime ed assecondare le seconde. Le tipologie di intervento individuate sono tre: gli Interventi sul percorso che riguardano la sistemazione del fondo stradale per renderlo adatto ad un utilizzo ciclopedonale e la sistemazione a verde di alcuni tratti urbani; gli interventi di nuova realizzazione che riguardano la realizzazione di nuove infrastrutture per la risoluzione di criticità oppure la realizzazione di padiglioni per assecondare le potenzialità; ed infine gli interventi sul patrimonio storico che riguardano il riutilizzo degli edifici e manufatti della ex ferrovia. Vi è infine un caso applicativo che riassume tutte queste tipologie di intervento: la ex area ferroviaria di Rimini Marina, che è ritenuta un’area dalle alte potenzialità per la sua propensione a diventare punto di partenza dell’intero sistema lineare, ma anche luogo accentratore di servizi per l’intero quartiere che risulta a carattere prevalentemente turistico-residenziale. In questo modo si ritiene possibile fare rivivere la ex ferrovia facendola diventare cioè un insieme di luoghi connessi a servizio della comunità.

Energia da fonti rinnovabili negli edifici esistenti. Integrazione architettonica di captatori solari ed eolici.

Questa tesi tratta dell'applicazione agli edifici esistenti di dispositivi per la produzione energetica da fonte rinnovabile: solare fotovoltaica, solare termica ed eolica. Dopo aver analizzato i motivi economici ed ambientali che oggi inducono ad affrontare il tema complesso dell'integrazione di queste tecnologie anche negli edifici esistenti, vengono documentate alcune decine di recenti istallazioni, reperite in ambito internazionale, costituendo così un piccolo repertorio di casi applicativi. Il ricorso alle fonti di energia rinnovabili in architettura ed il concetto di sostenibilità applicato alla progettazione sono temi di interesse mondiale che coinvolgono la riqualificazione energetica del parco edilizio esistente. Questo fenomeno sta generando una vera rivoluzione che, da una dimensione culturale promossa dalle politiche energetiche dei vari paesi, travolge svariati ambiti disciplinari, primo tra tutti l'architettura. L’elaborato è idealmente diviso in quattro parti, come di seguito specificato. Nel primo capitolo vengono trattate le problematiche che stanno portando alla diffusione delle energie rinnovabili nel mondo e descritte le varie forme e tecnologie con cui si utilizzano. Nel secondo e terzo capitolo sono trattati i temi dell’energia negli edifici e la sostenibilità nel progetto per la riqualificazione energetica in architettura. Negli ultimi tre capitoli si analizzano le caratteristiche, i componenti ed il funzionamento dei sistemi fotovoltaici, solari termici e micro/mini-eolici applicati ai manufatti edilizi. Si descrivono, inoltre, le tecnologie e le soluzioni per l’integrazione di detti impianti sugli edifici esistenti. L’ultima parte, costituita dall’allegato che contiene le schede di analisi di alcuni casi studio, descrive la realizzazione di progetti di riqualificazione energetica in cui sistemi fotovoltaici, solari termici ed eolici vengono applicati ad edifici di vario genere.