Research activities

L'istituto si articola in Unità di Ricerca (UR) che focalizzano la propria attività di ricerca su tematiche specifiche:
- Analisi e conoscenza del patrimonio costruito, storico ed archeologico
- Materiali e tecnologie efficienti per l'uso dell'energia nelle costruzioni
- Materiali, componenti e tecnologie di nuova concezione per una costruzione sicura e di elevate prestazioni
- Patrimonio culturale e innovazione tecnologica per la sostenibilità dell'ambiente costruito e la rigenerazione urbana resiliente
- Sostenibilità ambientale dei sistemi di Refrigerazione, Riscaldamento e Raffrescamento (RACHP)
- Soluzioni e tecnologie sostenibili per l'efficienza energetica, la qualità ambientale e l'acustica di edifici e aree urbane
- Tecnologie, strutture e materiali intelligenti per monitoraggio, sicurezza e resilienza
- Transizione ecologica giusta per lo sviluppo sostenibile e resiliente dell'ambiente e dei territori

- Analisi e conoscenza del patrimonio costruito, storico ed archeologico
Le attività coprono diverse sotto-tematiche:
-- Rischio Sismico, Vulnerabilità e Resilienza del costruito e degli insediamenti urbani - La macro-tematica affronta la valutazione della vulnerabilità sismica e il danno del patrimonio edilizio in zona sismica, inclusi edifici storici, scolastici, residenziali e archeologici. Obiettivi sono la definizione di procedure di intervento, sia in fase preventiva che in fase post-emergenziale, attraverso modelli informativi territoriali e strategie per l'efficientamento energetico degli edifici negli interventi di ricostruzione post-sisma.
-- Modelli Interpretativi del Patrimonio Culturale - La macro-tematica affronta il tema della rappresentazione digitale del patrimonio attraverso lo sviluppo di modelli semantici di manufatti architettonici e archeologici. La sfida consiste nell'implementazione di modelli informativi in cui il rilievo integrato è la base per realizzare il collegamento topologico dei dati alla rappresentazione tridimensionale dei manufatti per favorire la gestione efficace del patrimonio culturale.
-- Analisi e conoscenza del patrimonio costruito dei centri minori nelle aree a rischio - La linea di ricerca si occupa della documentazione, conoscenza e analisi, con approcci multidisciplinari e transdisciplinari, del patrimonio costruito dei centri storici minori delle aree interne per la definizione di strumenti, indirizzi e procedure operative finalizzate alla conservazione, tutela, rigenerazione e fruizione del costruito a rischio.
-- Procedure e tecnologie digitali per la documentazione e analisi del costruito storico e archeologico - La linea di ricerca si occupa di definire procedure, testare e integrare nuove tecnologie per la documentazione digitale finalizzate a incrementare la conoscenza del patrimonio costruito e archeologico. La ricerca applicata a casi studio peculiari favorisce la comprensione dei fenomeni di antropizzazione del paesaggio locale rafforzando il legame tra conoscenza scientifica, identità culturale e sviluppo territoriale.
-- Indirizzi e protocolli operativi per la diagnostica, la sicurezza e la manutenzione predittiva del costruito storico - La linea di ricerca definisce protocolli innovativi per la diagnostica non invasiva del patrimonio, a supporto della manutenzione del patrimonio costruito, anche attraverso l'avvio di buone pratiche. L'aspetto innovativo della ricerca mira a testare gli strumenti digitali idonei a favorire la conservazione e il restauro attraverso la generazione di modelli digitali semantici finalizzati alla manutenzione predittiva dei manufatti.
-- Procedure digitali per le ispezioni e il monitoraggio delle infrastrutture - La linea di ricerca indaga le problematiche delle infrastrutture italiane e sviluppa procedure digitali per le ispezioni visive e il monitoraggio del loro stato di salute al fine di garantirne la sicurezza e la conservazione. L'approccio usato integra le ICT ai metodi propri dell'ingegneria gestendo dati eterogenei in cloud connessi a sistemi informativi complessi per la gestione e condivisione delle informazioni.
-- Valorizzazione, Heritage Interpretation e Digital Storytelling del costruito storico delle Aree Interne - La linea di ricerca mira a definire strumenti metodologici e implementare applicativi digitali per la valorizzazione del patrimonio costruito e archeologico delle aree interne. La principale sfida è volta a integrare tecniche di Digital Storytelling con i principi dell'Heritage Interpretation per comunicare, con rigore scientifico e linguaggio inclusivo, il patrimonio nei suoi valori materiali e immateriali.

- Materiali e tecnologie efficienti per l'uso dell'energia nelle costruzioni
Le sotto-tematiche principali di ricerca sono:
-- Refrigeranti a basso impatto ambientale - Sviluppo e test di nuovi refrigeranti naturali e sintetici a basso potenziale di riscaldamento globale (GWP), per ridurre l'impatto ambientale degli impianti HVAC&R, garantendo sicurezza, efficienza e compatibilità con le tecnologie esistenti.
-- Nanofluidi e materiali per l'efficienza energetica - Studio di nanofluidi innovativi, costituiti da nanoparticelle disperse in fluidi base, per migliorarne le proprietà termiche. Questi fluidi avanzati vengono studiati per applicazioni in scambiatori di calore e sistemi HVAC&R, con l'obiettivo di aumentarne l'efficienza e ridurre le dimensioni degli impianti. Studio e caratterizzazione di materiali isolanti avanzati e soluzioni funzionalizzate per migliorare l'efficienza energetica dell'involucro edilizio e degli impianti, materiali a bassa conducibilità termica, materiali multistrato, aerogel, e soluzioni innovative integrate nei componenti edilizi.
-- Pompe di calore - Ottimizzazione del funzionamento delle pompe di calore, integrando refrigeranti ecologici e materiali ad alte prestazioni. Le attività includono modellazione, sperimentazione e test su prototipi per applicazioni residenziali e commerciali, in particolare per la climatizzazione a basso impatto ambientale.
-- Accumuli termici - Sviluppo di sistemi di accumulo di energia termica, sia sensibile che latente, utilizzando materiali innovativi come i PCM o i TCM. L'obiettivo è aumentare la flessibilità e l'efficienza degli impianti termici negli edifici, favorendo l'integrazione con fonti rinnovabili e riducendo i picchi di consumo.
-- Test termici non distruttivi - Studio, utilizzando la termografia infrarossa, di componenti e sistemi per l'industria e per le costruzioni. Analisi dello stato di conservazione degli edifici, anche storici, e dei beni culturali.

- Materiali, componenti e tecnologie di nuova concezione per una costruzione sicura e di elevate prestazioni
L'UR offre un significativo apporto per rendere l'ambiente costruito (città e infrastrutture) resiliente nei confronti dei rischi naturali (alluvioni, siccità, incendi, terremoti) e antropici (inurbamento, migrazioni, terrorismo, guerre). Partendo dalla definizione di metodi innovativi per la valutazione della vulnerabilità del patrimonio costruito e del tessuto urbanizzato e, quindi, per la mappatura dei rischi a essi connessi, l'UR sviluppa soluzioni ingegneristicamente avanzate e innovative per la mitigazione di rischi di varia natura e, per quanto possibile, socialmente partecipate e inclusive. In tale attività, la circolarità e la sostenibilità sono le parole chiave per mirare a una società climaticamente neutrale. L'Unità, oltre ai già ben attrezzati laboratori di caratterizzazione chimica, fisica, meccanica e di reazione al fuoco di materiali, componenti e sistemi costruttivi, dispone di infrastrutture di ricerca di grande rilievo e, talvolta, uniche, quali l'attrezzatura per prove sismiche e quella di comportamento al fuoco di sistemi di involucro a scala reale. L'attività di ricerca è fortemente caratterizzata dall'intenso rapporto con associazioni di categoria e fabbricanti del settore delle costruzioni a cui fornisce sia servizi di ricerca che di certificazione altamente qualificati e specialistici e può vantare l'appartenenza e la collaborazione, a livello nazionale e internazionale, con svariati e prestigiosi partner scientifici, consorzi universitari e associazioni di laboratori ed esperti del settore.

- Patrimonio culturale e innovazione tecnologica per la sostenibilità dell'ambiente costruito e la rigenerazione urbana resiliente
L'UR indaga le potenzialità derivanti dall'integrazione della valorizzazione del patrimonio culturale come risorsa per i territori, in particolare nelle Heritage Cities con le tecnologie innovative, al fine di promuovere una maggiore sostenibilità ambientale, economica e sociale dell'ambiente costruito e favorire processi di rigenerazione urbana resilienti. La ricerca, in una prospettiva interdisciplinare di studio e attività si sviluppa attraverso un approccio che coniuga metodologie storiche, urbanistiche, ingegneristiche e digitali, analizzando l'applicazione di strumenti avanzati quali la modellazione BIM, la realtà aumentata e virtuale e l'analisi dei dati geospaziali. Tali tecnologie risultano fondamentali per la conservazione e valorizzazione degli edifici storici, contribuendo non solo a preservare il valore culturale e identitario dei contesti storicizzati, ma anche a supportare interventi progettuali che mirano alla riqualificazione sostenibile degli spazi urbani. Inoltre, sono portate avanti ricerche volte a potenziare la resilienza agli eventi estremi e alla crisi climatica, attraverso lo sviluppo di nuovi approcci scientifici multi-livello e di soluzioni avanzate e nature-based (NbS). Gli studi si articolano dai materiali e sistemi costruttivi, agli edifici, fino alla città e al territorio, con l'obiettivo di integrare i principi dell'economia circolare e favorire modelli smart, sostenibili e adattivi alle diverse scale. La ricerca indaga anche la rilevanza dei processi decisionali collaborativi, favorendo la partecipazione attiva di stakeholder pubblici e privati, per la definizione di strategie resilienti di rigenerazione urbana. In tal modo, si promuove una sinergia tra efficienza energetica, rispetto dell'ambiente e tutela del patrimonio storico, con l'obiettivo di realizzare città in grado di affrontare le sfide imposte dai cambiamenti climatici e dalle trasformazioni socio-economiche. I risultati ottenuti offrono indicazioni preziose per l'elaborazione di framework operativi e linee guida strategiche, capaci di orientare future applicazioni nel campo della sostenibilità urbana e della gestione integrata del patrimonio culturale.

- Sostenibilità ambientale dei sistemi di Refrigerazione, Riscaldamento e Raffrescamento (RACHP)
L'UR persegue la sostenibilità ambientale dei sistemi di Refrigerazione, Riscaldamento e Raffrescamento (RACHP), indirizzando le proprie attività verso l'utilizzo efficiente dell'energia, concentrandosi sull'impiego di fluidi di lavoro naturali, privi di potenziale di riscaldamento globale e di effetti nocivi sugli ecosistemi. Le attività di ricerca e sviluppo, svolte in collaborazione con partner accademici e industriali per un approccio interdisciplinare, riguardano componenti, macchine per la refrigerazione, pompe di calore e sistemi integrati con particolare attenzione verso il settore industriale, commerciale e del trasporto. Le metodologie utilizzate comprendono analisi numeriche, indagini termiche e fluidodinamiche sperimentali, analisi di dati dal campo, valutazione delle emissioni in funzionamento e nel ciclo di vita. L'Unità di Ricerca possiede competenze specifiche nel settore della catena del freddo, con riferimento alle macchine per la trasformazione alimentare, la conservazione, la distribuzione e il trasporto frigorifero di prodotti deperibili. Le attività di ricerca vengono svolte prevalentemente nell'ambito di progetti europei che prevedono il partenariato con primarie istituzioni internazionali e con le più innovative aziende del settore.

- Soluzioni e tecnologie sostenibili per l'efficienza energetica, la qualità ambientale e l'acustica di edifici e aree urbane
L'UR conduce attività di ricerca su tematiche relative all'efficienza energetica, alle proprietà termiche e acustiche dei materiali e degli elementi degli edifici, al comfort ambientale (termico, visivo, acustico, qualità dell'aria) al benessere adattivo della persona, alla sostenibilità, neutralità e resilienza climatica del costruito. Utilizza dispositivi wearable e nearable con tecnologie IoT per raccogliere dati ambientali, percezioni soggettive e risposte fisiologiche, analizzati con approcci descrittivi e predittivi per valutare, in un'ottica umanocentrica, l'impatto dell'ambiente sul benessere psico-fisiologico. Le attività si applicano a contesti reali come scuole e spazi urbani, per indagare benessere e attenzione in soggetti neurotipici e neurodivergenti, nonché la percezione del comfort negli spazi pubblici. SG2 progetta inoltre campagne di monitoraggio per ambienti museali, sviluppando algoritmi per il controllo dei parametri ambientali, garantendo condizioni ottimali per la qualità degli ambienti interni (IEQ) e la conservazione delle opere. L'Unità sviluppa metodologie e strumenti per valutare sostenibilità, adattamento e resilienza climatica a scala edilizia, urbana e territoriale, anche attraverso mappature GIS a supporto della progettazione e pianificazione urbana. Sperimenta soluzioni avanzate di Building Management System (BMS), tecniche innovative per la caratterizzazione termica ed acustica e utilizza simulazioni dinamiche per analizzare il comportamento edificio/impianto e il microclima urbano, al fine di proporre strategie migliorative. SG2 analizza anche le prestazioni energetiche, termiche e acustiche di materiali e componenti innovativi, in laboratorio, in condizioni reali su facilities e in opera.

- Tecnologie, strutture e materiali intelligenti per monitoraggio, sicurezza e resilienza
Le principali sotto-tematiche di ricerca riguardano:
-- sviluppo di sistemi di monitoraggio strutturale avanzati;
-- sviluppo di digital twin strutturali coniugando tecniche avanzate di Operational Modal Analysis, model updating e BIM/BrIM;
-- sviluppo di materiali intelligenti per il monitoraggio strutturale biomimetico;
-- sviluppo di metodologie avanzate di analisi delle vibrazioni e dell'interazione ponte-veicolo;
-- analisi sperimentale e numerica della resistenza al fuoco di elementi strutturali;
-- valutazione della capacità sismica di elementi non strutturali;
-- analisi delle emissioni di radon da materiali da costruzione.

- Transizione ecologica giusta per lo sviluppo sostenibile e resiliente dell'ambiente e dei territori
L'UR affronta i temi legati alla tutela ambientale ed allo sviluppo di modelli di sviluppo sostenibile, ricercando approcci innovativi per un'economia circolare e a basse emissioni di carbonio e valutando l'impatto ambientale, sociale ed economico delle politiche di transizione. Tali attività sono condotte anche attraverso azioni di monitoraggio ambientale realizzate sia con riferimento a specifici inquinanti (tra cui nitrati, fitofarmaci, micro e nanoplastiche, inquinanti emergenti, etc.) che anche con approcci che ricorrono alla gestione integrata delle informazioni con l'impiego di immagini satellitari e/o telerilevate e sensori innovativi anche al fine di promuovere l'aumento della resilienza ambientale, studiando soluzioni anche di bonifica per adattare i territori ai cambiamenti climatici e ai rischi derivanti dalle contaminazioni.
Le principali sotto-tematiche riguardano:
-- Nature-Based Solutions e tecniche di biorisanamento per il recupero di territori degradati e lo sviluppo di filiere verdi - Messa a punto di tecniche di phyto- e bio- risanamento di matrici ambientali (suoli, acque) degradate, della bonifica e dello sviluppo di tecniche finalizzate alla valorizzazione della biomassa vegetale a scopi energetici.
-- Monitoraggio ambientale integrato ed inquinanti emergenti in una prospettiva one health - Sviluppo ed implementazione di tecniche di monitoraggio ed analisi di inquinanti che includono fitofarmaci, micro e nanoplastiche, nitrati e altri inquinanti emergenti. L'obiettivo è comprendere la loro diffusione, i loro effetti sull'ecosistema e sulla salute umana, garantendo la sostenibilità e la resilienza degli ecosistemi.
-- Gestione integrata dei dati ambientali: dalla conoscenza alle soluzioni - Gestione integrata delle informazioni anche attraverso metodologie basate sulle tecnologie di intelligence e del knowledge management che consentono la raccolta, il processamento, la valutazione, l'analisi, l'integrazione e l'interpretazione delle informazioni disponibili comprendendo immagini satellitari/ telerilevate e da sensori innovativi e IOT per monitorare e analizzare lo stato ambientale e prevedere le tendenze future.