M. FABRICATORE 1, E. LANTSCHNER 1, D. BETTONI 2, M. D ANTONI 2, R. FEDRIZZI 2 1. VELTA Italia s.r.l., Terlano (BZ) 2. EURAC Research, Bolzano

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1 Progettazione e analisi numerica di un quadro di controllo standardizzato per applicazioni Solar Combi+ di piccola taglia Design and numerical analysis of a standardized control box for small scale Solar Combi+ applications M. FABRICATORE 1, E. LANTSCHNER 1, D. BETTONI 2, M. D ANTONI 2, R. FEDRIZZI 2 1. VELTA Italia s.r.l., Terlano (BZ) 2. EURAC Research, Bolzano RIASSUNTO L utilizzo di una macchina ad adsorbimento all interno di un sistema Solar Combi+ rappresenta una soluzione impiantistica che permette di sfruttare l energia solare durante tutto l anno per la copertura dei fabbisogni di riscaldamento, raffrescamento e produzione di acqua calda sanitaria. Questo ha portato alla definizione e realizzazione di un innovativa soluzione impiantistica di sistema Solar Combi+ per edifici residenziali di dimensione in pianta approssimativamente di 200 m 2. All interno del progetto è stato sviluppato un quadro di controllo che permette la supervisione integrata di tutti i componenti d impianto. Esso ha il vantaggio di diminuire considerevolmente lo sforzo progettuale e gli errori di installazione. Il lavoro presentato riguarda l analisi numerica delle prestazioni del sistema Solar Combi+ sviluppato. L efficacia della soluzione innovativa rispetto ad un impianto tradizionale (caldaia + chiller a compressione) è stata valutata per due località (Bolzano e Roma) e per due livelli di qualità dell involucro dal punto di vista energetico. I due sistemi sono stati confrontati in termini di energia primaria e di emissioni di CO 2. L analisi ha messo in luce la validità del sistema di controllo edificio-impianto. A seguito della fase progettuale, un impianto pilota è stato installato presso la sede, completo di un sistema di acquisizione dati e stazione meteorologica utilizzati per l indagine dei flussi di energia attraverso l impianto. SUMMARY The use of sorption chillers in a Solar Combi+ system represents a technical solution that allows using solar energy throughout the year to satisfy heating, cooling and domestic hot water loads of a building. This led to design and set up an innovative Solar Combi+ system for residential buildings with an area of about 200 m 2. Within the project, a control box was developed that guarantees an integrated management of all

2 Progettazione e analisi numerica di un quadro di controllo standardizzato per applicazioni Solar Combi+ di piccola taglia system s components, decreasing considerably the design effort and installation mistakes. The work presented concerns the numerical analysis of the performance of the studied Solar Combi+ solution. A comparative investigation of the Solar Combi+ system was elaborated for two different locations (Bolzano and Roma) and for two buildings with different energetic quality of envelope. The innovative system was also compared with a traditional one (gas boiler + compression chiller) in terms of yearly primary energy consumption and CO 2 emissions. This analysis showed the suitability of the integrated system control with regard to the studied structures. Following the design phase, a pilot plant was installed and a data acquisition system was used to investigate the energy flows through the system. 1. INTRODUZIONE Gran parte dell energia in Europa è impiegata per soddisfare la richiesta di energia termica per il raffrescamento ed il riscaldamento residenziale ed per gli usi industriali [RHC, 2011]. Questa energia viene prodotta principalmente attraverso l utilizzo di fonti fossili con il conseguente aumento delle emissioni di gas serra. Con la direttiva RES (2009/28/EC) e il SET Plan (Strategic Energy Technology Plan), la Commissione Europea ha focalizzato i propri sforzi sull utilizzo di energie rinnovabili in combinazione con i sistemi di riscaldamento e raffrescamento, in modo da ottenere una significativa riduzione delle emissioni inquinanti e della dipendenza dalle fonti fossili importate. A tal fine, il rinnovamento energetico del parco edilizio residenziale offre opportunità formidabili in virtù della tipologia costruttiva e dell età. A seguito di una ristrutturazione dell involucro, che porti ad una riduzione massiccia dei carichi termici, l utilizzo di fonti rinnovabili può garantire la copertura di frazioni significative degli stessi, garantendo allo stesso tempo le necessarie condizioni di confort ambientale. In questo contesto i sistemi solari termici sono ad oggi utilizzati principalmente per la produzione di acqua calda sanitaria e in piccola parte per la copertura dei fabbisogni di riscaldamento. Gli impianti di raffrescamento che utilizzano frigoriferi ad adsorbimento azionati attraverso la fonte solare, ammontano a qualche centinaio a livello mondiale [Jaehnig, 2009; Sparber et al., 2009]. Questa tecnologia trova difficoltà ad inserirsi sul mercato principalmente per problemi legati all alto costo di investimento e alla mancanza di esperienza di progettisti ed installatori. Tali limitazioni potrebbero essere superate adottando soluzioni impiantistiche standardizzate (ogni impianto installato è ad oggi un pezzo unico con caratteristiche e prestazioni a se stanti), come già avviene nel caso degli impianti solari per la produzione di acqua calda sanitaria. In particolare la standardizzazione del sistema porterebbe: - riduzione dei costi di fabbricazione e quindi di investimento; - drastica riduzione del carico di lavoro in fase di progettazione ed installazione; - caratteristiche di funzionamento affidabili e prevedibili dal primo momento di funzionamento; - informazioni documentate in merito alle prestazioni utilizzabili per la promozione sul mercato [Fedrizzi et al., 2009]. Partendo da queste premesse, Velta Italia ed Eurac hanno iniziato a collaborare dal 2010 allo sviluppo di un sistema solare standardizzato innovativo utilizzato per la

3 copertura dei carichi termici di riscaldamento, raffrescamento e produzione di acqua calda sanitaria, attraverso l utilizzo di una cospicua frazione di energia solare. Il target commerciale scelto dal partner industriale è costituito da edifici residenziali monofamiliari, caratterizzati da superfici tra 150 e 250 m 2. È stato quindi studiato un layout d impianto che abbina collettori solari piani (η 0 = 0.753, k 1 = 3.53 W/K), una macchina ad adsorbimento (coppia di lavoro acqua - silica gel di capacità in raffrescamento di 8 kw e COP nominale pari a 0.6) e ad una pompa di calore acqua/acqua a compressione (heating: 9.4 kw, W10/W35 COP 5.1; cooling: 10.7 kw, W30/W18 EER 5.2) (Figura 1). Questa combinazione permette di superare i limiti imposti dai sistemi solari combinati tradizionali, in cui l energia solare viene utilizzata per soddisfare la richiesta energetica di riscaldamento e acqua calda sanitaria. In confronto a questi, la soluzione presentata permette di adottare ampie aree di collettori solari in modo da ottenere una buona copertura del carico termico invernale, senza però presentare problemi di stagnazione durante il periodo estivo. L utilizzo della fonte solare all evaporatore della pompa di calore a compressione consente da una parte di raccogliere calore a bassa temperatura e dall altra di incrementare considerevolmente il COP stagionale della stessa. Durante la stagione estiva la macchina ad adsorbimento sfrutta il calore solare non utilizzato per soddisfare il fabbisogno di acqua calda sanitaria; la pompa di calore a compressione assiste la macchina ad adsorbimento in mancanza di fonte solare. Figura 1 Layout dell impianto Il numero dei componenti presenti ha richiesto lo sviluppo di una strategia di controllo che ne permetta un integrazione ottimale, con l obiettivo di massimizzare la raccolta di energia solare durante tutto l anno. A tal fine, è stato inoltre sviluppato un quadro di controllo compatto (Figura 2) contenente tutti gli azionamenti idraulici (pompe e valvole), l elettronica e la logica di controllo proprietaria necessari al funzionamento di un set di componenti prestabiliti. Quest ultimo permette di ridurre drasticamente i costi di produzione, lo sforzo progettuale ed i tempi di installazione, rendendo tecnicamente ed economicamente accessibile questo tipo d impianto.

4 Progettazione e analisi numerica di un quadro di controllo standardizzato per applicazioni Solar Combi+ di piccola taglia Di seguito, sono presentate le prestazioni del sistema studiato quando installato in abitazioni monofamiliari con diverse caratteristiche di efficienza energetica e posizione geografica. I risultati, ottenuti mediante simulazioni dinamiche dei flussi energetici, sono confrontati con quelli valutati per un sistema tradizionale composto da caldaia a condensazione e macchina frigorifera aria/acqua. L analisi mostra come il sistema solare permetta notevoli risparmi in termini di energia primaria utilizzata per la copertura dei carichi. Figura 2 - Installazione impianto pilota 2. METODOLOGIA I flussi energetici attraverso l impianto sono stati calcolati utilizzando un programma di simulazione numerica (TRNSYS). I componenti d impianto sono simulati attraverso librerie standard o appositamente sviluppate per assolvere compiti specifici all interno del sistema (scambiatore di calore con inseguimento di una temperatura di set e unità di smaltimento di calore ibrida [Besana, 2009]). 2.1 Descrizione del sistema solare studiato I carichi termici sono gestiti attraverso un sistema di controllo integrato che ottimizza i flussi energetici tenendo in considerazione le caratteristiche dei componenti d impianto e dell edificio. Durante la stagione invernale, l energia solare catturata dai collettori solari piani viene trasferita ad un primo accumulo, che la rende disponibile all evaporatore della pompa di calore a compressione. Quest ultima provvede al soddisfacimento di parte dei carichi di riscaldamento e produzione di acqua calda. L energia solare può essere anche direttamente trasferita ad un secondo accumulo di dimensioni maggiori con funzione di accumulo inerziale per la copertura dei due carichi.

5 Nel periodo estivo, l accumulo primario trasferisce calore alla macchina ad adsorbimento fino a quando la temperatura al suo interno è sufficientemente alta. L utilizzo di questa tecnologia permette un efficace accoppiamento con collettori solari piani, grazie alle moderate temperature di funzionamento accettate al generatore (funzionamento della macchina ad adsorbimento a temperature comprese tra 65 e 95 C). Qualora queste condizioni non siano verificate, il fabbisogno di raffrescamento viene soddisfatto dalla pompa di calore reversibile a compressione; le due macchine condividono l unità di smaltimento del calore. La distribuzione del fluido vettore avviene mediante sistema a pavimento, che, grazie ai livelli di temperatura impiegati, si abbina efficacemente sia con pompe di calore a compressione durante il periodo invernale, sia a macchine frigorifere ad adsorbimento durante l estate. 2.2 Condizioni al contorno Le prestazioni dell impianto presentato sono state valutate per due località climatiche italiane: Bolzano, tipico clima alpino (zona climatica E, 2791 GG [D.M ]) e Roma, clima mediterraneo (zona climatica D, 1415 GG). Nelle Tabella I e Tabella II sono riportate le temperature esterne e la radiazione sull orizzontale media mensile per i due climi considerati. Tabella I - Media mensile della temperatura dell aria di bulbo secco [ C] Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic Bolzano Roma Tabella II - Radiazione totale mensile sull orizzontale [kwh/m 2 ] Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic Bolzano Roma Sono stati definiti due livelli di prestazione dell involucro: nel primo edificio (EBF - edificio a basso fabbisogno) i carichi interni e occupazione sono definiti in base alla normativa tecnica [UNI TS ], mentre le trasmittanze sono state valutate in modo da ottenere edifici in classe energetica B per le rispettive zone climatiche [DM 26/01/2010] con sistema tradizionale composto da caldaia a condensazione (rendimento medio stagionale 0.9) e chiller a compressione (SPFC=3.5). Il secondo (EAF - edificio ad alto fabbisogno) rappresenta una costruzione con livelli di isolamento inferiori e livelli di infiltrazioni superiori. Gli edifici considerati per le simulazioni sono abitazioni residenziali con volume lordo di 864 m 3, un area netta di 180 m 2 e un rapporto S/V di L edificio EBF ha superfici opache con trasmittanza media U av pari a 0.2 W/(m 2 K) per Bolzano e pari a

6 Progettazione e analisi numerica di un quadro di controllo standardizzato per applicazioni Solar Combi+ di piccola taglia 0.29 W/(m 2 K) per Roma. Le superfici trasparenti hanno valore U w pari a 1.38 W/(m 2 K) e g pari a 0.6 per Bolzano, mentre a Roma U w è pari a 1.93 W/(m 2 K) e g è pari a 0.7. È stato considerato anche l effetto dell ombreggiamento dovuto agli elementi architettonici dell edificio (balconi e sporti di gronda). Il tasso di infiltrazione considerato è pari a 0.3 ACH [UNI TS ]. I profili di occupazione sono stati considerati in accordo con UNI/TS e con UNI EN ISO considerando un approccio adattato all utenza. Nell edificio EAF la trasmittanza delle superfici opache ed esterne è stata aumentata del 5% considerando eventuali errori di montaggio in fase di costruzione e il tasso di infiltrazione passa da 0.3 a 0.4 ACH in virtù di comportamenti degli occupanti non in linea con quanto previsto dagli standard. Il profilo di richiesta di acqua calda sanitaria è stato creato con il software DHWcalc [Jordan et al., 2000; Jordan et al., 2001], considerando il caso di un edificio monofamiliare il cui valore medio di spillamento giornaliero è pari a 200 l/g a 40 C ed un profilo di consumo per singola utenza (doccia, vasca e due lavandini) definito dalla UNI Utilizzando queste condizioni al contorno, la richiesta energetica per riscaldamento, raffrescamento e produzione di acqua calda sanitaria è riportata in Tabella III. Tabella III - Energia Finale [kwh/(m 2 a)] Bolzano Roma 2.3 Valutazione delle prestazioni Riscaldamento Raffrescamento ACS EBF EAF EBF EAF Le figure di merito utilizzate per la valutazione delle performance d impianto sono riportate di seguito: - SF - Frazione solare: per ognuno dei carichi (riscaldamento, raffrescamento, acqua calda sanitaria) essa indica il grado di copertura mediante la fonte solare. È calcolata quindi come rapporto tra l energia convogliata all edificio quando è disponibile energia solare e l energia richiesta dal carico stesso. L arco temporale utilizzato per l integrazione è pari ad un anno: SF Q sol Q LOAD (1) - AF - Frazione aerotermica: in maniera analoga alla definizione di frazione solare, la frazione aerotermica indica il grado di copertura dei carichi mediante l utilizzo dell aria esterna come sorgente di calore disponibile alla pompa di calore: AF Q air Q LOAD (2)

7 - SPF Fattore di prestazione stagionale: il fattore di prestazione stagionale indica la quantità di energia elettrica necessaria a fronte di un determinato quantitativo di energia termica convogliata all edificio. Esso è espresso come rapporto tra l energia termica convogliata e l energia elettrica utilizzata a tale scopo: SPF Q i W el (3) - Energia primaria: l energia primaria somma all energia finale utilizzata, il contributo di energia grigia necessaria per rendere quest ultima disponibile all utilizzatore. Essa permette il confronto tra sistemi che utilizzano differenti fonti di energia fossile. - CO 2 risparmiata: in aggiunta al concetto di energia primaria, è stato utilizzato quello di CO 2 prodotta durante l esercizio dell impianto: ΔCO 2 CO2, trad CO2, innov (4) Le ultime due figure di merito sono utilizzate per confrontare l applicazione studiata con un sistema di riferimento che impiega tecnologie tradizionali (caldaia a condensazione + macchina frigorifera aria/acqua). 3. RISULTATI DELL ANALISI PARAMETRICA La Tabella IV mostra i risultati delle simulazioni svolte in relazione all edificio a più basso consumo energetico (EBF) posto a Bolzano ed a Roma. Essa riporta i valori di frazione solare in relazione alla copertura dei carichi di raffrescamento (SF_C), riscaldamento (SF_H) e produzione di acqua calda sanitaria (SF_W). Come si può notare la frazione solare relativa al raffrescamento varia da circa il 60-70% a Bolzano, fino a valori più elevatati (70-80%) a Roma. La differenza, seppur possa sembrare limitata in termini percentuali, è significativamente maggiore in termini assoluti visto il maggiore fabbisogno di raffrescamento dell edificio situato a Roma. Il risultato è ovviamente conseguente alla radiazione incidente più elevata nella località più a sud. Un secondo risultato chiaramente distinguibile è l effetto molto accentuato della dimensione dell area dei collettori sulle prestazioni estive dell impianto: al variare della superficie da 24 a 32 m 2, le frazioni solari aumentano del 30%. Un risultato analogo si nota in termini di copertura del carico per riscaldamento. L impianto solare riesce a coprire dal 42% al 48% del fabbisogno a Bolzano, e dal 69% al 74% a Roma. La variazione in questo caso è molto maggiore che nel caso precedente a causa dell effetto combinato di diminuzione dei carichi ed incremento della radiazione disponibile. Infine, la Tabella IV mostra percentuali prossime all unità per ciò che riguarda la copertura dei carichi di produzione dell acqua calda sanitaria. Nonostante l utilizzo della fonte solare permetta il soddisfacimento di quote cospicue dei tre carichi, anche la fonte aerotermica contribuisce in maniera significativa. Alle latitudini maggiori, essa contribuisce per circa il 40% del fabbisogno di riscaldamento e circa il 5% del fabbisogno di acqua calda sanitaria. Nel caso di Roma

8 SF_C SF_H SF_W SF_H+W AF_H AF_W AF_H+W Progettazione e analisi numerica di un quadro di controllo standardizzato per applicazioni Solar Combi+ di piccola taglia invece il contributo è pari a circa il 30% del fabbisogno di riscaldamento e il 2% del carico di acqua calda sanitaria. A Roma, l utilizzo di queste due fonti permette, direttamente o in combinazione con la pompa di calore, di coprire la totalità dei carichi invernale e per acqua calda (SF_H+W + AF_H+W). A Bolzano è necessario l utilizzo di un backup elettrico che interviene in relazione a circa il 10% dei carichi invernali. Tabella IV Confronto tra le prestazioni del sistema al variare dell area collettori (24, 28, 32 m 2 ) e della località (Bolzano-BZ, Roma-RM) Copertura dei carichi Edificio basso fabbisogno energetico. EBF_24_BZ 58% 42% 93% 57% 42% 5% 31% EBF 28_BZ 69% 45% 94% 59% 39% 5% 29% EBF_32_BZ 75% 48% 95% 62% 37% 4% 27% EBF_24_RM 67% 69% 98% 80% 31% 2% 20% EBF 28_RM 77% 72% 98% 82% 28% 2% 18% EBF_32_RM 85% 74% 98% 85% 26% 2% 15% Figura 3 Andamento settimanale dei fabbisogni di ACS, riscaldamento e raffrescamento rispetto all area netta riscaldata e delle relative frazioni solari SF valutate per l edificio EBF a Bolzano (area collettori 28 m 2 ). Nella Figura 3 è rappresentato l andamento settimanale della frazione solare SF in relazione ai diversi fabbisogni dell edificio valutato per il clima di Bolzano. Durante la stagione invernale, la copertura solare dei fabbisogni di riscaldamento ed acqua calda

9 sanitaria è circa il 60% mentre nel periodo estivo la copertura solare del fabbisogno di raffrescamento e di acqua calda sanitaria è circa l 85%. In particolare si può notare come in coincidenza delle stagioni intermedie, l effetto combinato determinato dalla riduzione dei consumi di riscaldamento e dalla maggiore disponibilità della fonte solare, la frazione solare SF_H tenda all unità. Durante l estate, la produzione di acqua calda sanitaria è interamente derivata dalla fonte solare. La Tabella V riporta i consumi elettrici dell impianto solare in termini di fattore di prestazione stagionale per raffrescamento (SPFC), riscaldamento (SPFH), produzione di acqua calda sanitaria (SPFW). Tali numeri permettono un raffronto diretto con le prestazioni di pompe di calore reversibili a compressione utilizzate per la copertura degli stessi carichi. Come si può notare, i risultati estivi sono notevoli se confrontati con quelli di un chiller aria/acqua (in media SPFC=3.5 [Gandini, 2011]); ciò è dovuto soprattutto agli elevati EER ottenibili con la macchina ad adsorbimento che si aggirano attorno a 10, grazie all utilizzo della distribuzione a pavimento e delle logiche di controllo ottimizzate per l unità di smaltimento del calore. Non si verificano rilevanti differenze tra le prestazioni nelle due località. Al contrario, i risultati relativi al riscaldamento si differenziano sostanzialmente. SPFH medi attorno a 3 sono ottenuti a Bolzano, mentre valori ben più elevati sono ottenuti in relazione a Roma (SPFH attorno a 6-7). Differenze ancora più elevate si notano in merito alla produzione di acqua calda sanitaria: SPFW = a Bolzano, a Roma. Ciò è da imputarsi principalmente alle temperature ambiente più rigide durante il periodo invernale a Bolzano, alla minore radiazione ed al prolungato utilizzo della pompa di calore in combinazione con la fonte aerotermica. Nell impianto è infatti installata una pompa di calore acqua/acqua per applicazioni geotermiche, il cui funzionamento è limitato inferiormente da temperature all evaporatore non molto inferiori allo zero centigrado. In particolare, in combinazione con l unità esterna aria/acqua non possono essere ragionevolmente superate temperature ambiente di -3 C. La presenza sul mercato di pompe di calore acqua/acqua con limiti di funzionamento estesi anche di pochi gradi permetterebbe di migliorare significativamente le prestazioni d impianto. Sono state effettuate simulazioni per verificare l efficacia dell impianto in regime invernale con temperature minime esterne imposte di -5 C. I risultati mostrano come la frazione di carichi coperti dalla fonte aerotermica salgano da circa il 39% (si prenda a riferimento il caso EBF_28_BZ) al 52% in merito al fabbisogno di riscaldamento, e il contributo del backup elettrico scende a qualche punto percentuale (3%). Ancora una volta tale incremento è poco chiarificatore, il valore di SPFH sale però da 3 a 4.2 ed i consumi elettrici si riducono del 20%. Tale discussione si applica anche al valore di prestazione stagionale totale (SPFT), che è una media pesata dei tre valori precedenti. Come si può notare si ottengono valori ben superiori a di un normale sistema realizzato con pompe di calore aria/acqua (SPFC = 3.5, SPFH+W=3.0 [Miara et al., 2010]): a Bolzano i risultati ottenuti si attestano attorno a 4.5 e a Roma attorno a 10 (riferendosi al caso EBF con 28 m 2 di collettori). Nel caso di utilizzo di pompe di calore con limiti inferiori, in termini di temperatura di funzionamento all evaporatore (es. Test = -5 C), il valore di SPFT aumenterebbe da 4 a 5.2 per Bolzano. A causa delle temperature esterne più moderate per Roma, questa modifica non porta ad aumenti del SPFT apprezzabili.

10 SPFC SPFH SPFW SPFT PE_C kwh/(m 2 a) PE_H kwh/(m 2 a) PE_W kwh/(m 2 a) ΔPE kwh/(m 2 a) Progettazione e analisi numerica di un quadro di controllo standardizzato per applicazioni Solar Combi+ di piccola taglia La Tabella V riporta ancora i valori di consumo di energia primaria (PE_C, PE_H e PE_W) relativi al sistema analizzato, avendo considerato coefficienti di conversione tra energia finale e primaria pari a 0.48 e 0.95 per energia elettrica e termica rispettivamente [Eurac, 2010]. Come si può notare i consumi sono molto limitati sia in relazione ai fabbisogni di raffrescamento che di riscaldamento. Le prestazioni migliori si ottengono però per quanto riguarda il consumo per produzione di acqua calda sanitaria, in funzione delle frazioni solari ottenibili. Prendendo in considerazione il D.M. 26/2009, si può verificare come l abitazione si collochi in classe A a Bolzano e A+ a Roma (per il calcolo sono stati considerati solo i carichi invernali). I risparmi di energia primaria ottenibili sono riportati nella colonna ΔPE e si attestano attorno a kwh/m 2 a. Tabella V Confronto tra le prestazioni del sistema al variare dell area collettori (24, 28, 32 m 2 ) e della località (Bolzano-BZ, Roma-RM) Consumi energetici Edificio basso fabbisogno energetico. ΔCO 2 tonn/a EBF_24_BZ EBF_28_BZ EBF_32_BZ EBF_24_RM EBF_28_RM EBF_32_RM In termini di produzione di CO 2, si possono ottenere risparmi dell ordine di 2 tonn/a; a riferimento si prenda la produzione media pro-capite italiana, che si attesta attorno a 8 tonn/pers.anno [ valore che comprende emissioni per trasporti, attività produttive, ecc. Un ultima analisi è stata eseguita prendendo in considerazione gli edifici a maggiore fabbisogno energetico. Tabella VI mostra come l eventuale imperfetta esecuzione dell isolamento termico e il comportamento degli occupanti non in linea con quanto previsto dalla normativa, può facilmente fare scivolare l edificio nella classe energetica successiva (C), a causa dell aumento dei carichi invernali. Ciò porta ad evidenti aggravi sulla spesa corrente degli utenti ma soprattutto ad una considerevole riduzione del potenziale atteso a livello nazionale in termini di risparmio di energia primaria, conseguente agli interventi di ristrutturazione del parco edilizio residenziale. L utilizzo del sistema solare permette di recuperare quasi totalmente l incremento di energia primaria necessaria al soddisfacimento del carico invernale grazie ad un maggiore apporto solare ottenibile. I maggiori carichi sono infatti distribuiti soprattutto durante le ore diurne quando la fonte solare è disponibile: essendo questa direttamente disponibile al carico, senza essere preventivamente immagazzinata, può essere raccolta

11 PE_C PE_H PE_W PE_C PE_H PE_W con maggiore efficacia. L abitazione a maggiore consumo energetico (EAF) si colloca in classe B e A (rispettivamente a Bolzano e Roma). Tabella VI Confronto tra l impianto proposto ed il sistema di riferimento - Fabbisogno di raffrescamento, riscaldamento ed acqua calda sanitaria in termini di energia primaria kwh/(m 2 a). Sistema Solare Sistema di riferimento EBF_28_BZ EAF_28_BZ EBF_28_RM EAF_28_RM CONCLUSIONI Nel presente lavoro sono mostrati i primi risultati di una soluzione impiantistica Solar Combi+ innovativa abbinata ad un sistema di distribuzione a pavimento, che permette di sfruttare l energia solare per la copertura dei carichi di riscaldamento, raffrescamento e produzione di acqua calda sanitaria, tipici di un edificio monofamiliare di superficie compresa tra circa 150 e 250 m 2. L architettura dell impianto è stata studiata al fine di concentrare in un unico quadro di controllo compatto le parti meccaniche ed i componenti elettronici. L obiettivo dichiarato è quello, da una parte di fornire un supporto adeguato all installatore garantendo prestazioni certe fin dal primo avviamento, dall altra di limitare i costi di progettazione ed installazione. La campagna di simulazioni numeriche ha permesso di comprendere più nel dettaglio le prestazioni dell impianto presentato, analizzando i risultati in relazione alle località di Bolzano e Roma, per diversi livelli di prestazione dell edificio e superfici solari attive. Dalle simulazioni emerge come le prestazioni stagionali (SPFT circa 4 per Bolzano, circa 8 per Roma) siano positivamente influenzate non solo dalla maggiore radiazione incidente, ma anche dalle temperature medie maggiori nei mesi più freddi. Lo sviluppo di pompe di calore acqua/acqua con limiti inferiori estesi in termini di temperatura minima operativa all evaporatore, permetterebbe di colmare questa differenza. La significativa diminuzione di energia primaria utilizzata si ripercuote positivamente sulla classificazione energetica dell edificio. Ciò è valido sia per edifici di nuova costruzione che rispettino alti standard di efficienza energetica dell involucro, sia per edifici risanati per i quali il raggiungimento delle classi energetiche superiori è fisiologicamente impraticabile.

12 Progettazione e analisi numerica di un quadro di controllo standardizzato per applicazioni Solar Combi+ di piccola taglia BIBLIOGRAFIA RHC : Common Vision for the Renewable Heating & Cooling sector in Europe. European Technology Platform on Renewable Heating and Cooling, Jaehnig D., Market Available Components for Systems for Solar Heating and Cooling with a Cooling Capacity <20 kw. [On-line]. Available: Sparber W., Napolitano A., Eckert G., Preisler A., State of the art on existing solar heating and cooling systems. [On-line]. Available: Fedrizzi R., Franchini G., Mugnier D., Melograno P.N., Theofilidi M., Thuer A., Nienborg B., Koch L., Fernandez R., Troi A., Sparber W., Determinazione di configurazioni standard per impianti di raffrescamento solare di piccola taglia. 47 Conferenza Internazional AICARR, Tivoli Roma, pp Besana F.,2009. Heat rejection problematic in Solar Combi+ system. University of Bergamo, PhD thesis. DM Determinazione delle zone climatiche e dei valori minimi e massimi dei relativi coefficienti volumici globali di dispersione termica. DM 26/01/2010. Aggiornamento del decreto 11 marzo 2008 in materia di riqualificazione energetica degli edifici. UNI TS : Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione estiva ed invernale. UNI EN ISO 13790: Energy performance of buildings: Calculation of energy use for space heating and cooling Jordan U., Vajen K., Influence of the DHW profile on the Fractional Energy Savings: A Case Study of a Solar Combi-System. Solar Energy Vol.69, pp Jordan U., Vajen K., Realistic Domestic Hot-Water Profiles in Different Time Scales. FB. Physik, FG. Solar, Universität Marburg, D Marburg. [On-line]. Available: UNI 9182:2010. Impianti di alimentazione e distribuzione d acqua fredda e calda. Gandini J., Pompe di calore aerotermiche e idrotermiche: la conferma dell efficienza da 3 anni di monitoraggio di impianti reali ed i progetti di sviluppo per un loro utilizzo su vasta scala. Seconda conferenza nazionale sulle rinnovabili termiche, Roma. Miara M., Günther D., Kramer T., Oltersdorf T., Wapler J., Wärmepumpeen Effizienz. Messtechnische Untersuchungen von Wärmepumpenanlgaen zue Analyse und Bewertung der Effizienz im realen Betrieb. Fraunhofer ISE. Eurac Research, Città di Bolzano, Bolzano. Fonte di energia. Calcolo e valutazione delle emissioni di CO 2 e definizione di scenari di riduzione per la città di Bolzano. DM 26/09/2009. Linee guida nazionali per la certificazione energetica. Sito web: