Dipartimento di Ingegneria Industriale Università degli Studi di Padova Impianti termici integrati: solare, caldaie a condensazione, biomasse, pompe di calore Simulazioni dinamiche per la gestione ottimale di un sistema integrato per il condizionamento e la generazione sanitaria in edifici multifamiliari Ing. Mattia Avanzi Fonderie Sime SPA Ing. Samantha Graci Dipartimento Ingegneria Industriale
PREMESSA E fondamentale utilizzare tutte le tecnologie che permettono di risparmiare energia. Il presente studio vuole dimostrare come la corretta progettazione di impianti di climatizzazione basati sul principio di integrazione di differenti fonti energetiche sia la migliore soluzione per il contenimento dei consumi energetici e per un uso razionale dell energia
ESEMPIO APPLICATIVO Per dimostrare l efficacia di un sistema di condizionamento integrato ben progettato è stato assunto a riferimento un esempio applicativo per il quale sono state confrontate diverse configurazioni impiantistiche. Il confronto è stato eseguito per mezzo del software di calcolo dinamico TRNSYS in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell Università degli Studi di Padova. Il modello edilizio analizzato è stato costruito sulla base del progetto di un complesso residenziale, composto da due palazzine accostate, servite da un impianto di climatizzazione centralizzato. La soluzione impiantistica valutata è un impianto di condizionamento in cui fonti fossili e rinnovabili si integrano per soddisfare il fabbisogno di energia termica dell utenza, il tutto gestito da un sistema di controllo MEM (Multi Energy Manager)
ESEMPIO APPLICATIVO: L EDIFICIO Tipologia: Superficie utile: 2080 m 2 Superficie lorda: 2480 m 2 Volume netto: 5600 m 3 Volume lordo: 7440 m 3 Rapporto S/V: 0.30 Palazzina A: Palazzina B: Complesso residenziale costituito da palazzine semi-indipendenti 5 piani e 20 appartamenti 4 piani e 9 appartamenti + 1 attico Superficie disperdente: 2260 m 2 Palazzina B Palazzina A
ESEMPIO APPLICATIVO: L EDIFICIO DETTAGLI COSTRUTTIVI : Trasmittanza delle pareti esterne: Trasmittanza del solaio: Trasmittanza delle pareti del seminterrato: 0.246 [W/(m² K)] 0.238 [W/(m² K)] 0.432 [W/(m² K)] Trasmittanza delle superfici vetrate: 1.40 [W/(m² K)]
LE SOLUZIONI IMPIANTISTICHE A CONFRONTO 1. MEM: caldaia a condensazione, pompa di calore, collettori solari sottovuoto per ACS 2. Caldaia e solare termico per integrazione alla generazione di ACS collettori solari sottovuoto 3. Pompa di calore per il riscaldamento e solare termico con resistenza integrativa per la produzione di ACS
SOLUZIONE 1- L IMPIANTO MEM CALDAIA A CONDENSAZIONE Murelle Equipe 220 kw IMPIANTO A PAVIMENTO RADIANTE SERBATOIO DI INTEGRAZIONE BS Puff 800 lt 18 COLLETTORI SOLARI HP SOTTOVUOTO 2 ACCUMULI ACS BS 2S 2000 lt POMPA DI CALORE ARIA-ACQUA SHP 120 kw
SOLUZIONE 2 IMPIANTO A PAVIMENTO RADIANTE CALDAIA A CONDENSAZIONE 220 kw ACCUMULI ACS 2X2000 lt 18 COLLETTORI SOLARI SOTTOVUOTO
SOLUZIONE 3 IMPIANTO A PAVIMENTO RADIANTE POMPA DI CALORE ARIA-ACQUA 160 kw SERBATOIO INERZIALE 800 lt 18 COLLETTORI SOLARI HP SOTTOVUOTO ACCUMULI ACS 2X2000 lt CON RESISTENZA ELETTRICA
DATI DI BASE PER LE SIMULAZIONI Le simulazioni dinamiche sono state realizzate sulla base dello stesso fabbisogno di energia termica per il riscaldamento e per la produzione di ACS, valutato per l utenza descritta tramite il TRY (test reference year) delle condizioni ambientali della città di Venezia. Fabbisogno di energia Riscaldamento 65 957 kwh/anno ACS 35 654 kwh/anno
Temperatura [ C] Temperatura [ C] I MODELLI DELL IMPIANTO TERMICO I modelli per le simulazioni dinamiche dei generatori pompa di calore e caldaia sono stati costruiti partendo dai dati puntuali di funzionamento alle diverse condizione (prove in laboratorio) 72 71 I modelli degli accumuli esistenti nelle librerie TRNSYS sono stati ottimizzati mediante prove di taratura in laboratorio GLI ACCUMULI TERMICI LA TARATURA MEDIANTE PROVE DI LABORATORIO 72 71 70 70 69 68 T1 reale 69 68 T1 reale 67 67 66 T1 TRNSYS 66 T1 TRNSYS 0 10000 20000 30000 40000 0 10000 20000 30000 40000 Tempo [s] Tempo [s] BS PUFF 800 lt - prova di raffreddamento del serbatoio da una temperatura di equilibrio
RISULTATI SOLUZIONE 1: MEM CALDAIA A CONDENSAZIONE, POMPA DI CALORE E SOLARE TERMICO ENERGIA RESA ENERGIA IN INGRESSO [kwh] [kwh] EP [tep] RISCALDAMENTO ACS COMPLESSIVO CALDAIA RISC 39740 43715 3,76 POMPA DI CALORE (47%) 35240 10880 2,03 CALDAIA ACS 5960 6550 0,56 SOLARE BS (86,21%) 37240 37240 0 118180 6,36 PERDITE* 16% * Considera le perdite per regolazione, distribuzione, emissione, accumulo
RISULTATI SOLUZIONE 2: CALDAIA + SOLARE TERMICO ENERGIA RESA ENERGIA IN INGRESSO [kwh] [kwh] EP [tep] RISCALDAMENTO CALDAIA RISC 72571 78825 6,78 ACS CALDAIA ACS 5263 5800 0,50 SOLARE BS (87,82%) 37926 37925 0 COMPLESSIVO 115760 7,28 PERDITE 14% * Considera le perdite per regolazione, distribuzione, emissione, accumulo
RISULTATI SOLUZIONE 3: POMPA DI CALORE, SOLARE TERMICO E RESISTENZA ELETTRICA INTEGRATIVA ENERGIA RESA ENERGIA IN INGRESSO [kwh] [kwh] EP [tep] RISCALDAMENTO POMPA DI CALORE 71060 32660 6,11 ACS RESISTENZA ELETTRICA 5235 5690 0,45 SOLARE BS (87,82%) 37740 37740 0 COMPLESSIVO 114040 6,56 PERDITE 12% * Considera le perdite per regolazione, distribuzione, emissione, accumulo
RISULTATI 3.24 TARIFFE elettrica gas 0.22 /kwh 0.90 /mc
CONCLUSIONI Più complesso è il sistema analizzato, ovvero più grande è l utenza in esame e maggiore è il numero di componenti dell impianto, più alto deve essere il livello di dettaglio con cui i modelli dei singoli apparecchi tecnici sono implementati Le soluzioni valutate dimostrano come la soluzione MEM sia da preferire alle altre, presenta il minore fabbisogno di energia primaria EP e i minori costi energetici; La pompa di calore esclusiva lavora con un COP medio annuo di circa 2.18; nella soluzione MEM la PdC, di potenza inferiore, lavora con un COP medio stagionale di 3.24 che porta al risparmio di EP stagionale; L integrazione della caldaia con la PdC per il riscaldamento garantisce la copertura dei fabbisogni in qualsiasi situazione critica o di anomalia di uno dei 2 generatori.
Grazie per l attenzione! Dipartimento di Ingegneria Industriale Università degli Studi di Padova