Dottorato di Ricerca in Fisica Tecnica Ambientale (XXII Ciclo)

Obiettivi formativi

Le tematiche energetiche ed ambientali vivono oggi un grande momento di crescita scientifica grazie soprattutto ad una crescente sensibilità alle tematiche ambientali di ampi settori della popolazione che sono interessate a valutare gli impatti ambientali delle opere civili, terziarie e dei processi produttivi. Di conseguenza è sempre più richiesta la formazione di figure professionali orientate al mondo della ricerca che sappiano affrontare con adeguati mezzi culturali la sfida dello sviluppo in campo energetico ed ambientale, in armonia con la salvaguardia dell’ambiente.

I settori da approfondire sono:

  • la ricerca di una maggiore efficienza energetica;
  • la ricerca di metodi per l’uso razionale dell’energia;
  • la ricerca di tecniche che permettano la sostituzione dei combustibili fossili tradizionali ad alto impatto ambientale con le fonti energetiche rinnovabili, ma a basso impatto ambientale;
  • lo studio delle tecniche di monitoraggio sull’inquinamento da agenti fisici e degli effetti da esso indotti, sia diretti che indiretti, in particolare sull’ambiente, sul territorio e sugli aspetti sociali ed economici.

Per quanto concerne il risparmio energetico derivante da un impiego razionale ed efficiente dell’energia nei settori industriale, terziario e residenziale, sono necessarie conoscenze tecniche approfondite di termodinamica e di problematiche di scambio termico, per cui risulta importante anche la conoscenza di specifiche tecnologie di uso razionale dell’energia, quali sistemi di supervisione, sistemi di cogenerazione, etc.
Le tematiche energetiche, inoltre, devono essere affrontate ponendo attenzione all’impatto ambientale dei sistemi energetici, che può essere valutato con analisi di ciclo di vita (LCA) e con l’ausilio dei moderni modelli di simulazione della dispersione degli inquinanti in atmosfera e di sistemi di monitoraggio delle prestazioni e delle emissioni, ecc.

Le tematiche di ricerca che saranno sviluppate nel corso del dottorato sono le seguenti:

  • studio della termofisica degli edifici, delle tecniche del controllo ambientale e delle proprietà termofisiche dei materiali;
  • studio delle problematiche illuminotecniche ed acustiche degli ambienti confinati e non confinati;
  • ricerca e sviluppo di nuove metodologie per il benessere termoigrometrico degli ambienti confinati;
  • sviluppo di metodologie per la certificazione energetica degli edifici e delle costruzioni;
  • sviluppo di nuove tecnologie per la gestione, la produzione, la conversione ed il trasporto dell’energia, con particolare riferimento alla tutela dell’ambiente;
  • studio e ottimizzazione di processi di produzione di energia mediante la redazione di bilanci massa ed energia ed analisi del ciclo di vita (LCA);
  • progettazione ed ottimizzazione dei sistemi di produzione di calore ed energia per uso civile ed industriale da fonti rinnovabili in genere;
  • modellazione numerica dell’analisi termodinamica, dello scambio di calore e della fluidodinamica delle macchine, dei sistemi energetici e dei loro componenti;
  • ottimizzazione dei sistemi di conversione energetica tradizionali ed innovativi, con particolare riferimento ai sistemi integrati di grande taglia sia per impianti su micro-scala, in un’ottica generazione distribuita;
  • studio e sviluppo di tecnologie innovative di combustione, conversione energetica e trattamento degli affluenti e relativa realizzazione di impianti pilota.

A seconda della tematica scelta dal dottorando, saranno seguiti approcci di tipo teorico-numerico e sperimentale, utilizzando le strutture e gli strumenti disponibili, sia presso i propri laboratori sia, ove possibile, presso realtà produttive che abbiano interesse.

Le modalità per affrontare le tematiche generali sono le seguenti:

  • individuazione degli approcci e degli obiettivi generali assunti, impostazione metodologica del progetto, riferimenti normativi internazionali e nazionali e altre linee guida;
  • programmazione delle attività sperimentali e di formazione;
  • analisi bibliografica sullo stato dell’arte della problematica e/o tecnologia in esame con riferimento a testi, articoli scientifici, banche dati e siti internet nazionali ed internazionali;
  • conoscenza e uso dei codici di calcolo, delle apparecchiature sperimentali e dei relativi software di gestione esistenti presso la Facoltà di scienze e Tecnologie applicate dell’Università Marconi e/o presso enti esterni, al fine di acquisire le competenze sperimentali necessarie nei diversi settori di interesse.

Per quanto attiene alle ricerche relative alle macchine ed agli impianti le modalità per affrontare la ricerca sono le seguenti:

  • progettazione e realizzazione di componenti ed impianti dimostrativi su microscala per la conversione energetica di fonti rinnovabili;
  • simulazione termo-chimico-fluidodinamica di macchine, impianti e loro componenti con codici di calcolo commerciali e realizzazione di codici di calcolo dedicati e sub-routines di ausilio alla simulazione;
  • simulazione del comportamento e delle prestazioni in transitorio ed a regime e verifica sperimentale su banco-prova.

Per quanto attiene alle ricerche relative alla fisica dell’edificio le modalità per affrontare la ricerca sono le seguenti:

  • bilancio energetico, nel quale saranno analizzati i consumi energetici, la stima del fabbisogno e della domanda di energia ed il bilancio delle emissioni inquinanti;
  • studi e azioni R&D per stabilire linee guida che porteranno la LCA (valutazione degli impatti ambientali durante il ciclo di vita dei servizi all’edificio) e LCC (stime dei costi del ciclo di vita) a diventare normali procedure standard, con l’obiettivo di convergere a livello europeo nei metodi e nei sistemi di misurazione;
  • studi e azioni di R&D per individuare e/o definire in via preliminare tecniche, materiali, procedimenti finalizzati alla realizzazione, gestione e dismissione di edifici e/o insediamenti ecocompatibili ad alta efficienza energetica;
  • analisi di Life Cycle Assessment (LCA) e valutazione delle ricadute economico- occupazionali;
  • sviluppare un sistema di indicatori di prestazione dei costi del ciclo di vita (LCC), al fine di facilitare il confronto delle prestazioni su base europea, e usare tali indicatori per valutare la sostenibilità delle costruzioni in Europa;
  • sviluppo di metodologie e criteri per integrare, concatenare ed interfacciare i diversi aspetti elencati ai punti precedenti.

Programma formativo

Attraverso il programma formativo di seguito dettagliato, ci si attende che i futuri dottorandi acquisiscano:

  • le giuste conoscenze per potersi inserire da professionisti nel mondo della ricerca;
  • una buona conoscenza delle problematiche connesse all’uso razionale ed efficiente dell’energia nel settore civile ed industriale.

I tre anni di formazione saranno così articolati:

1° anno:

Durante il primo anno i dottorandi, nell’ambito del programma di studio prescelto, approvato dal Collegio Docenti, e della tematica generale della ricerca che intendono svolgere, affineranno e approfondiranno le loro conoscenze per poter definire il tema di ricerca ed un programma specifico.

Per conseguire questo obiettivo i dottorandi dovranno seguire corsi specifici impartiti sia nella Facoltà di appartenenza, che in altra Università o presso Enti scientifici esterni (ad es.: Fisica dell’edificio, Illuminotecnica ed acustica, Acustica applicata, Sistemi Energetici, Energetica Applicata, Fonti Energetiche Rinnovabili, Sistemi Energetici Innovativi, …).

La modalità generale di svolgimento prevede una fase iniziale di approfondimento delle conoscenze, seguita da un’analisi dettagliata della Letteratura Scientifica relativa all’oggetto di studio. Parallelamente, il Dottorando inizierà a prendere confidenza con gli strumenti di lavoro (ad esempio ulteriori approfondimenti di calcolo numerico o di conoscenze dei sistemi hardware, impiego della strumentazione di laboratorio) necessari allo svolgimento della ricerca vera e propria, che progressivamente diventerà la sua principale attività di lavoro.

In sintesi gli obiettivi fondamentali del primo anno sono i seguenti:

  • dare una formazione specifica (attraverso corsi, seminari e ricerche bibliografiche);
  • consentire ai dottorandi di definire ed individuare i temi oggetto delle loro ricerche (che verranno poi esposte nella tesi).
2° anno:

Scelta formale, da parte degli allievi, di uno specifico argomento di ricerca, concordato con il collegio dei docenti. Il secondo anno sarà dedicato allo studio dell’argomento prescelto, al fine di giungere a definire in modo esauriente e completo lo stato dell’arte ed impostare le problematiche aperte, che dovranno essere argomento di una ricerca autonoma. A seconda del tema scelto, nel secondo anno i dottorandi potranno cominciare anche a sviluppare tematiche di ricerca autonome. Potranno, laddove ritenuto opportuno, essere effettuati soggiorni di studio all’estero, con scambio di studenti, sia sulla base di rapporti di ricerca che di accordi specifici.

3° anno:

Il terzo anno rappresenta la fase finale del dottorato: i dottorandi dovranno sviluppare una ricerca autonoma ed originale sulla tematica scelta. La ricerca dovrà essere documentata nella stesura della tesi. Inoltre, nel corso di tutto il triennio, saranno previsti seminari su temi specifici del dottorato, quali:

Temi di carattere generale:

  • fisica dell’edifico e certificazione energetica degli edifici;
  • metodi di calcolo alle differenze finite ed agli elementi finiti;
  • sistemi di produzione dell’energia innovativi;
  • fonti energetiche rinnovabili;
  • valutazioni di impatto ambientale dei sistemi di produzione dell’energia;
  • sistemi di misura e di controllo;
  • sistemi e tecniche di monitoraggio ambientale;
  • cicli termodinamici ad alto rendimento;
  • cogenerazione civile ed industriale.

Temi rivolti più in particolare alle fonti energetiche rinnovabili:

  • componenti e processi innovativi per la conversione dell’energia da fonte rinnovabile;
  • componenti e processi innovativi per la conversione dell’energia solare;
  • componenti e processi innovativi per la conversione dell’energia eolica;
  • sistemi integrati di produzione dell’energia da fonti tradizionali e rinnovabili;
  • l’idrogeno come vettore energetico;
  • norme sull’impatto ambientale dei sistemi energetici;
  • norme sulle emissioni inquinanti.

Temi rivolti ad aspetti più specifici:

  • componenti e processi per la realizzazione di edifici sostenibili;
  • attività sperimentale di monitoraggio su un immobile energy saving and comfort efficient
  • studio dei requisiti igienici di locali di civile abitazione;
  • studio dei vantaggi ambientali connessi all’impiego di elettrotecnologie efficienti;
  • studio di sistemi e componenti innovativi per il controllo ambientale;
  • termoenergetica ed aspetti economici e ambientali negli impianti termici e frigorigeni.