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A numerical insight into the hygrothermal buffering capacity of earthen building materials

Lalicata Leonardo Maria Bruno Agostino Walter Gallipoli Domenico
Articolo Immagine
ISSN:
0557-1405
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2024
Numero:
1
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 1/2024
DOI:
10.19199/2024.1.0557-1405.011

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Uno studio numerico sulla capacità di regolazione igrotermica dei materiali in terra per l’edilizia

L’impiego della terra cruda come materiale edile sta tornando in auge grazie alla sua ridotta impronta di carbonio rispetto a materiali convenzionali come il calcestruzzo o i mattoni in terracotta. La terra cruda è un eccellente regolatore igrotermico passivo, in grado di aumentare il comfort abitativo e, allo stesso tempo, di ridurre i consumi energetici per il riscaldamento/raffrescamento degli edifici. Tuttavia, il forte accoppiamento igrotermico complica la modellazione ingegneristica di tale materiale favorendo una semplificazione delle equazioni di bilancio di massa e energia nonché dei legami costitutivi di ritenzione idrica e permeabilità. In questo studio, alcune ipotesi semplificative sono discusse con riferimento ad un modello numerico che riproduce il comportamento di un muro in terra cruda esposto a cicli di temperatura e umidità relativa nell’ambiente circostante. I risultati mostrano che, a parità di accuratezza, la complessità dell’analisi può essere notevolmente ridotta trascurando le variazioni della massa di vapore e la dipendenza della suzione dalla temperatura nelle equazioni di bilancio igrotermico. Inoltre, lo studio dimostra che la capacità di regolare l’umidità dipenda essenzialmente dalla permeabilità dell’acqua liquida la quale, a sua volta, è funzione sia della permeabilità satura che della ritenzione idrica.

Parole chiave: materiali costruttivi in terra, regolazione umidità, modello igrotermico di materiale poroso, terra cruda.

Raw earth is emerging as a viable building material with a lower carbon footprint than conventional concrete and fired bricks. Raw earth is an excellent passive hygrothermal regulator, which improves occupants’ comfort while reducing the need for active heating/cooling. Modelling the coupled hygrothermal behaviour of earthen materials is however highly complex and requires the introduction of some simplifying assumptions. The degree of hygrothermal coupling depends on the chosen equations of moisture and heat transfer including the specific forms of the water/ vapour permeability functions and retention law. The influence of these assumptions is here investigated via a simple one-dimensional transfer model, which simulates the behaviour of an earth wall subjected to time-dependent cycles of temperature and relative humidity on the two faces. Results show that the complexity of the governing equations can be greatly reduced by neglecting the variations of vapour mass and the dependency of suction on temperature without losing accuracy. In addition, the moisture buffering capacity of the material strongly depends on the liquid permeability which, in turn, is a function of both saturated permeability and water retention properties.

Keywords: earthen building material, moisture buffering, hygrothermal porous material model, raw earth