UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI UDINE FACOLTÀ DI INGEGNERIA DiEG Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Gestionale e Meccanica Aree di ricerca: Analisi energetiche dei sistemi edificio-impianto Simulazioni termofluidodinamiche Simulazioni dinamiche del comportamento degli edifici e degli impianti Gruppo di ricerca: Prof. Onorio Saro onorio.saro@uniud.it Ing. Alessandra De Angelis, PhD alessandra.deangelis@uniud.it Ing. Luca Ceccotti, PhD luca.ceccotti@uniud.it
POMPA DI CALORE/FRIGO TERRENO Q 2 T Cond. CONDIZIONATO RE Evap. Q 1 C L T Cond. POMPA DI CALORE Evap. C Q 2 L Q 1 TERRENO
CONFIGURAZIONE OGGETTO DI STUDIO Edificio - Pompa di calore sonda geotermica Pd C Modellazione edificio: Energy Plus Modellazione PdC: Norme UNI Modellazione Sonda e Terreno: codice numerico (Fluent, Comsol) metodo alle differenze finite
MODELLAZIONE DELL EDIFICIO 6 ENERGY PLUS carichi termici (kw) 4 2 0-2 -4-6 0 2000 4000 6000 8000 ore dell'anno
MODELLAZIONE DELLA POMPA DI CALORE METODO NORMATO DA UNI 11135 E UNI 10963 Calcolo delle prestazioni della pompa a carico parziale,in condizioni reali di funzionamento e non standard o nominali. X = Potenza richiesta Potenza a pieno carico Y = COP a carico ridotto COP a pieno carico
CASO STUDIO : SONDE GEOTERMICHE ORIZZONTALI ABBINATE A POMPA DI CALORE Tramite il software RETScreen si è dimensionata la lunghezza della sonda. Dati Input: potenza termica nominale della pompa di calore 9,33 kw potenza frigorigena nominale della pompa di calore 7,96 kw COP di riscaldamento 3,95 COP di raffrescamento 4,50 tipo di suolo leggero umido (1600 kg/ m 3 ) dato climatico specifico per ogni località Dati Output: lunghezza della sonda valore medio di 250m per tutte le località Sulla base della lunghezza della sonda si è proceduto al calcolo dei flussi specifici termici agenti sul terreno
CASO STUDIO : SONDE GEOTERMICHE ORIZZONTALI ABBINATE A POMPA DI CALORE IPOTESI SUL MODELLO: la sonda assunta come sorgente di calore cilindrica; le proprietà termo fisiche del terreno omogenee e costanti lo scambio di calore fra il terreno e la sonda è un processo di pura conduzione termica Blocco di terreno avente dimensioni in pianta 50x29m e una profondità di 15m
CONDIZIONI AL CONTORNO TEMP. DELL ARIA IRRADIANZA SOLARE FLUSSI SPECIFICI INVERNALI FLUSSI SPECIFICI ESTIVI
RISULTATI DELLA SIMULAZIONE BERLIN O A1 A2 A3 PUNTI MONITORATI
RISULTATI DELLA SIMULAZIONE Andamento della temperatura lungo una linea verticale lungo il terreno ISTANTANEA DEL 31 GENNAIO ore 10:00 ISTANTANEA DEL 1 AGOSTO ore 22:00 IL FLUSSO TERMICO DELLE SONDE INFLUENZA IL TERRENO FINO AD UNA PROFONDITA DI CIRCA 8 m
RISULTATI DELLA SIMULAZIONE ISTANTANEA DEL 31 GENNAIO ore 24:00 BERLIN O DISTRIBUZIONE DELLA TEMPERATURA NEL TERRENO CIRCOSTANTE LE SONDE ISTANTANEA DEL PRIMO AGOSTO ore 24:00
RISULTATI DELLA SIMULAZIONE VARIAZIONE ANNUALE DELLA TEMPERATURA MEDIA DEL TERRENO Volume terreno : 21750 m 3 ΔE(Wh) ΔQ(Wh/m 3 ) ΔT (K) Berlino -3601721,0-165,6-0,35 Parigi -2715084,0-124,8-0,26 Zurigo -2761658,0-126,9-0,27 Roma 2538687,0 116,7 0,25
CASO STUDIO : SONDE GEOTERMICHE VERTICALI ABBINATE A POMPA DI CALORE E SCAMBIATORE
CASO STUDIO : DATI IN INGRESSO Ottenuti mediante simulazioni annuali di un edificio tipo, per diverse località, utilizzando il programma Energy Plus. TEMPERATURE ORARIE annuali per la località considerata. FABBISOGNO ORARIO per la climatizzazione invernale ed estiva. 14
CASO STUDIO: MODELLAZIONE DEL TERRENO METODO ALLE DIFFERENZE FINITE Il terreno è discretizzato in un numero finito di punti, rappresentativi ciascuno di una corona circolare di altezza unitaria: problema assial-simmetrico. 15
CASO STUDIO: PRESTAZIONI DELLA POMPA DI CALORE UNI 10963
CASO STUDIO : RISULTATI DELLE SIMULAZIONI ANDAMENTO DECENNALE TEMPERATURE TERRENO Di 20 NODI Località: Parigi Temperatura indisturbata terreno: 284.29[K] = 11.14[ C] Nodo 1 : a 0.5 metri dalla sonda Nodo 5 : a 2.5 metri dalla sonda Nodo 20 : a 10 metri dalla sonda 17
CASO STUDIO : RISULTATI DELLE SIMULAZIONI ANDAMENTO TEMPERATURA NODO A 5 metri DALLA SONDA Località: Parigi Fine I ANNO 284.1[K] = 10.95[ C] Fine X ANNO 282.1[K] = 8.95[ C] 18
CASO STUDIO : RISULTATI DELLE SIMULAZIONI Località: Temperatura indisturbata terreno: 282.4 K = 9.25 C Edificio adibito ad UFFICI Berlino Edificio RESIDENZIALE RISCALDAMENTO TERRENO Fabbisogno TERMICO max: 27 [kw] Dopo 10 anni a 10 metri dalla sonda: Fabbisogno FRIGORIFERO max: -28 [kw] T = + 0.8 Fabbisogno TERMICO annuale: 19000 [kwh] Fabbisogno FRIGORIFERO annuale: -16500 [kwh] RAFFREDDAMENTO TERRENO Fabbisogno TERMICO max: 4.5 [kw] Dopo 10 anni a 5 metri dalla sonda: Fabbisogno FRIGORIFERO max: -4 [kw] Fabbisogno TERMICO annale: 7300 [kwh] T = - 2.8 19 Fabbisogno FRIGORIFERO annuale: -1000 [kwh]
CASO STUDIO : RISULTATI DELLE SIMULAZIONI Edificio residenziale: ANDAMENTO DECENNALE TEMPERATURA DRY COOLER OFF a 2.5 metri: T = +0.3 DRY COOLER ON Raffreddamento decennale a 2.5 metri: 4.4 C Raffreddamento decennale a 2.5 metri: 3.9 C A 1 metro: T = +0.2 Località: Milano 20