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Integrazione di layout impiantistici nella piattaforma di

1. ione ro unico tipo di ione a e il fancoil T on Impianto C P gt T off Impianto C P Scope4 Figura 47 Schema in simulink del layout ibrido 2 7 Layout solar cooling Il modello impiantistico che verr descritto nel presente paragrafo improntato su una delle configurazioni pi diffuse degli impianti comunemente classificati come solar cooling In particolare 1 principali componenti che compongono 11 modello sono Elemento Edificio Simula in regime dinamico il carico termico e stima 1 carico elettrico orario e la richiesta di ACS dell edificio NWG weather Fornisce 1 dati di radiazione e temperatura ambiente generator per il calcolo dei carichi termici e delle prestazioni degli impianti Collettori a tubi sotto vuoto _ __ durante tutto l anno Caldaia ACS Per edificio tipo uffici la richiesta di ACS posta Assorbitore Produzione di potenza frigorifera raffrescamento degli ambienti Accumulo termico caldo Accumulo termico per riscaldamento freddo autonomi Sistema di distribuzione Fornisce la potenza termica o frigorifera all edificio Un termostato ne regola in funzione del e del numero degli elementi l accensione in funzione terminali scelti e delle condizioni a contorno temp della temperatura ambiente temp accumulo termico dell edificio Controllo Attiva e disattiva 1 singoli componenti del modello O
2. Figura 49 della temperatura interna di un edificio uso ufficio I picchi presenti sono dovuti ai profili di utilizzo impostati che prevedono la non accensione dell impianto durante 1 fine settimana l andamento dimostra come 1 modello sia in grado di gestire le potenze erogate dai diversi componenti per mantenere le temperature di riferimento richieste non avviene intorno alla 7000 ora dell anno corrispondente alla seconda parte del mese di ottobre in quanto in questo periodo ancora possibile accendere 1 riscaldamenti e la temperatura esterna no consente di mantenere naturalmente la temperatura interna richiesta Nei grafici sottostanti sono rappresentate le componenti di potenza prodotte dai singoli componenti In particolare per la fase di riscaldamento sono visualizzati rispettivamente gli andamenti delle potenze della caldaia dei collettori solari e il totale fornito all edificio La caldaia di tipo on off dal grafico della potenza fornita si vede come 1 sistema di controllo permette di integrare con la caldaia quanto prodotto dal campo solare Analogamente la fase di raffrescamento sono visualizzati gli andamenti delle potenze fornite dalla macchina ad assorbimento dalla macchina a compressione e quella fornita all edificio anche qui si nota come il sistema di controllo riesce soddisfare sempre la richiesta dell edificio si fa notare che in questo esempio la macchin
3. E _ 185 40 __ Rotating Echanger 09 Eme 4 Sel Rets Heating Cod HC2r M0 gt ROTA FRIZIONE E Collectors cocci Reference UNI EN ISO 7730 Degree of Activity Seated atrest Heat Sensible 60 W Latent 40 W Activity Table Number of Occupants Water Solar Collectors Sh hw Reference T cut ost ot Keating Coll HCI 37 Hours lle 000 0100 0200 0300 0400 0500 0600 07 00 0800 09800 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 Water So ar Collectors Area 073 tg 1 8 Choosa Ostput Working day z L 1 TET 11 Dypess 0 zi L El El em y Saturday 1 Cooling siccant 9 diary batte 8 20 08 Costing Battery atii heat recover on Pe condersadon side SundayHolidays Enter Cancel Delete Figura 43 Interfaccia utente sistema DEC shedule settimanale affollamento edificio apporto calore latente Si riporta di seguito lo schema simulink del sistema DEC implementato in ODESSE la sintesi del risultato di simulazione di un sistema DEC da 1500 mc h configurato con due batterie fredde alimentate da una pompa di calore acqua aria da 10 un sistema di collettori piani da 16 mq una caldaia di backup da 3 kWt ATTENZIONE PORTATE BF1 BF2 esterna Aria immessa C 0 015 4
4. 0 01 0 005 Figura 45 Sistema DEC aria di processo e aria immessa nell edificio temperatura e umidit assoluta Come si evince dalla figura precedente l impianto entra in funzione quando la temperatura dell aria esterna supera 1 26 C azionando la ruota desiccant le batterie fredde per deumidificare l aria di processo e raffreddarla prima di immetterla all interno dell edificio Per temperatura inferiori a 26 C l impianto fuziona in modalit free cooling 2 6 Layout ibrido Con la costruzione in ODESSE di un layout ibrido si vuole dare all utente la possibilit di progettare sistemi impiantistici tradizionali integrati dall apporto energetico derivato da fonte rinnovabile per la produzione di ACS e la climatizzazione degli ambienti In particolare in collaborazione con 1 Politecnico di Milano al cui report si rimanda per una trattazione pi dettagliata stata definita e implementata in ambiente Simulink la seguente configurazione modellistica Elemento Edificio Calcolo del carico termico ed elettrico per gli impianti NWG weather Fornisce 1 dati di radiazione e temperatura ambiente generator per il calcolo dei carichi e delle prestazioni degli impianti caldaia caldaia ACS collettore solare termico Produzione ACS Funzione secondaria Riscaldamento ambienti sistema fotovoltaico Generazione elettricit DD accumulo termico Accumulo termico per Riscaldamento condizionamento ambienti accu
5. compressore dati teorici 9 00 4 50 4 00 3 50 3 00 2 50 2 00 1 50 1 00 0 50 0 00 3 21 3 61 4 37 4 81 577 Variazione del COP in funzione della T esterna confronto dati teroici e reali Qc 50 compressore dati teorici 3 05 3 17 3 54 3 81 4 35 compressore dati produttore 2 90 3 03 3 42 3 56 3 99 Definizione dei limiti di applicazione dell algoritmo proposto dalla UNI EN 15316 4 2 2008 Dall analisi dei risultati 81 possono mettere in evidenza due aspetti a Per Of temperatura esterna superiore a 10 C 1 risultati teorici cominciano lentamente a divergere per qualsiasi temperatura di mandata b quando il A0 tra la Of inferiore a 24 circa 1l COP assume valori molto elevati dunque non pi attendibili Ci spiegato dal fatto che 1 procedimento matematico valuta la variazione del COP in funzione della variazione del salto di temperatura tra la sorgente calda e quella fredda senza tenere conto del lavoro minimo che deve comunque svolgere la macchina per produrre 1 cambiamenti di stato del fluido qualunque siano le condizioni di funzionamento Basandosi sulle precedenti considerazioni stato possibile definire 1 limiti entro 1 quali l algoritmo potrebbe fornire dei risultati ammissibili condizioni di funzionamento per le quali A0 tra la e la Of
6. 5 doll IS 5 2 Eapacitatermica dell diei up 6 ELI RR RR 7 acli 16 1 5 Calcolo del carico termico latente dell edificio 17 2 4 o A 19 2 AE n te HELM AMI A 19 2 2 Impianto di distribuzione dell energia termica 2 21 AA O Ie 23 22 62 2 2 Layout Descent DEC ib 64 67 2 Layout solat COOLE eod 69 Dio CUM Odd 73 3 File climatico per la determinazione dell umidit esterna 75 4 Indicizzazione dei profili elettrici per edifici uso SI Os CONCIUSIONI calli 83 Dolore 84 Premessa Le attivit conclusive della prima versione della piattaforma di simulazione ODESSE riguardano le modifiche apportate al calcolo di alcuni parametri fondamentali per la determinazione del bilancio energetico dell edificio e all integrazione di layout
7. Manuale Utente CSTB SUSTAINABLE DEVELOPMENT DEPARTMENT
8. 1 W m W m ACCUMULO CALDO volume m temperatura limite di funzionamento C trasmittanza totale W m fattore di forma 1 m ACCUMULO FREDDO volume temperatura limite di funzionamento C trasmittanza totale W m fattore di forma 1 m MACCHINA FRIGORIFERA AD ASSORBIMENTO Potenza nominale frigorifera KW SISTEMA DI EMISSIONE tipologia radiatore ventilconvettore pavimento radiante potenza unitaria KW numero elementi temperatura minima di funzionamento temperatura massima di funzionamento CALDAIA potenza massima kW MACCHINA FRIGORIFERA A COMPRESSIONE potenza massima kW indice di efficienza elettrica EER I dati di output che fornisce il modello sono la temperatura interna dell edificio le potenze istantanee fornite all edificio e 1 consumi energetici dei singoli componenti Di seguito riportato a titolo di esempio un grafico che mostra l andamento della temperatura interna di un edificio uso ufficio di 1000 m sito in Roma e termostatato a 20 C in inverno e 26 C in estate collegato all impianto di solar _ appena descritto T i i III j 7 II Mi 27 4 28 hii N 0 il II N hn aM n IN L 1 2000 3000 4000 5000 6000 7000 3000 9000
9. Temperatura esterna C COP produttore COP con matrice correttiva media Analogamente si proceduto per il calcolo dei coefficienti correttivi della potenza termica in condizioni nominali In particolare per qualsiasi condizione operativa 51 determinato 1 relativo coefficiente correttivo rispetto alle condizioni nominali di riferimento temperatura esterna 7 C temperatura di mandata 35 C dato dal seguente rapporto fp _ 3 Pap La potenza termica in condizioni operative determinata applicando la metodologia indicata da UNI EN 15316 4 2 2008 sopraesposta La matrice coefficienti correttivi fp stata successivamente implementata in ambiente Matlab Simulink per la costruzione del modello pompa di calore elettrica aria acuqa Si riporta di seguito il grafico Matlab della matrice coefficienti correttivi Variazione Potenza Termica T esterna C T mandata C Analogamente alla matrice correttiva del COP nominale al fine di valutare la bont procedimento sopradescritto 81 riporta di seguito l applicazione della matrice correttiva media al calcolo del potenza termica in condizioni di off design della pompa di calore Campione 1 per le temperature di mandata 35 C e 45 C e 1l relativo errore rispetto al valore fornito dal produttore Tabella 4 Potenza termica generata con Temperatura di mandata 35 C VARIAZIONE POTENZA TERMICA T mandata 35 C Pot
10. Xk p Xx tan y tana Zk b 0 dove k pu assumere 1 valori 1 2 3 e 4 Il programma calcola ora per ora 1 valori di queste coordinate per 1 quattro vertici di ciascuna delle occlusioni viste dalla facciata 1 esima trovando cos 4XM0 punti proiezione Le coordinate sono quindi memorizzate in 2 matrici corrispondenti alle coordinate del punto sul piano Successivamente il programma opera una serie di controlli e confronti per giungere all individuazione delle sole proiezioni che interessano la facciata che rappresenta una porzione del piano Il procedimento seguito consiste nella costruzione di quattro vettori XC YU PG EG dove 1 un indice che individua univocamente un punto proiezione X e Y sono le coordinate del punto sul piano P indica il tipo di vertice di cui il punto proiezione 1 2 3 4 E indica l occlusione cui il vertice appartiene da 1 a NO E essenziale conservare l informazione circa il tipo di vertice e l occlusione di appartenenza al fine di poter conoscere automaticamente l esistenza o meno di linee di collegamento tra 1 punti trovati Le verifiche sui punti riguardano 1 seguenti aspetti appartenenza semipiano delle y gt 0 appartenenza al contorno esterno dell ombra dei quattro punti per un occlusione a pianta rettangolare e altezza uniforme uno o due risultano interni ombre esterne alla facciata definita da 2 5 lt 5 0 lt Al termine di queste ve
11. art ors ors ca ose oss sr 09 ose ss ose oss oss oss oss oss oer ose 07 ori ors oss ars 081 oss ss ose os so ost ose oss os ss oss 057 ose os oss 57 072 073 ors or oro oor ss La matrice dei coefficienti correttivi stata successivamente implementata in ambiente Matlab Simulink per la costruzione del modello pompa di calore elettrica aria acuqa S1 riporta di seguito il grafico Matlab della matrice coefficienti correttivi Variazione COP T esterna C T mandata C AI fine di valutare la bont del procedimento sopradescritto 81 riporta di seguito l applicazione della matrice correttiva media al calcolo del COP in condizioni di off design della pompa di calore Campione 1 per le temperature di mandata 35 C e 45 C e il relativo errore rispetto al valore fornito dal produttore COP IN CONDIZIONI OPERATIVE T mandata 35 C Temperatura COP con matrice Errore esterna COP produttore correttiva media percentuale I 6 5 104 3 2 O 10 5 0 7 10 15 Temperatura esterna C COP produttore COP con matrice correttiva media VARIAZIONE COP T mandata 45 C Temperatura COP con matrice Errore esterna C COP produttore correttiva media percentuale 90 2 00 1 00
12. er ore ore oss ose oss voe 25 TTT os ore ora 070 075 061 oss oso Jos 5s _ oss on ors 075 077 ors ose os 15 9 1 o ose ose ors or os ss o 1 _ s oss ose ore ors ors 035 sor 1 se oss or ore oss oor ss 15e 169 5 TTT C e ose oer ors ors 296 092 IC _ _ oss oss oz or ors ors 079 94 res rr _ _ Ls ose oss ser ss Tore ore ose oss oss oss Jos 1 7 ost oss sr oss or oz ore ars ost oss ss sr IT s os ose oss oss oso or oro 051 ss 036 os 101 155 169 C oss ose oss 07 or ors ors orr ore ose os 098 IL __ __ _ _ oss
13. inferiore a 24 Per condizioni fuori tali limiti 11 COP tende ad assumere valori superiori a 5 5 difficilmente raggiungibili da una macchina reale Al di l di tali limiti 11 COP viene posto costante ed assume un valore massimo che poniamo pari a 5 5 Nella tabella seguente rappresentato in giallo il campo di funzionamento e di ammissibilit dell algoritmo ed in grigio sono evidenziati 1 valori del COP che in base al procedimento teorico risultano maggiori di 5 5 e che vengono posti costanti e pari a tale valore stabilito come limite massimo VARIAZIONE COP CAMPIONE 1 CON LIMITI DI APPLICAZIONE DELL ALGORITMO esterna ps 5 gt gt 2 2 2 2 2 2 7 2 Valutazione incidenza ausiliari Per valutare l incidenza della potenza elettrica assorbita dagli ausiliari della pompa di calore rispetto alla potenza assorbita totale 81 proceduto per valutazione statistica 81 calcolato per ogni macchina del campione esaminato nelle condizioni di riferimento 7 45 C quale percentuale della potenza elettrica assorbita fosse a carico degli ausiliari e 81 operata la media matematica tra tutti 1 valori cos ottenuti Riferendoci ad esempio al modello indicato come Campione 1 1 dati dichiarati dalla casa produttrice sono 1 seguenti Campione 1 condizioni di riferimento 7 45 C Potenza assorbita dal solo Potenza assorbita Incidenza percentuale Potenza termica fornita KW compre
14. potenza termica ad una fissata temperatura esterna ed alla temperatura di mandata j esima kW ul o potenza termica ad una fissata temperatura esterna ed alla temperatura di mandata di riferimento 1 kW Pho la potenza termica ad una fissata temperatura esterna ed alla temperatura di mandata di riferimento 2 kW o 24814 temperatura di mandata j esima C o Cf la temperatura esterna fissa scelta C Si ricava in questo modo la potenza termica in qualunque condizione di esercizio Per valutare 11 COP in diverse condizioni di esercizio 51 applica l algoritmo sotto indicato per due condizioni di riferimento di al variare della temperatura esterna tramite il fattore di fT che per pompe di calore aria acqua acqua acqua si esprime come UNI EN 15316 4 2 2008 COF 3 _ standard POCO EE T crn standard outopr 3 I pedici out precisano se la temperatura da considerare quella in ingresso in uscita dagli scambiatori di calore evaporatore e condensatore COP em opr 11 COP di Carnot in condizioni operative o OFmstandard i COP di Carnot misurato nei punti test standard e coutop la temperatura della sorgente calda in condizioni operative C e temperatura della sorgente calda in condizioni standard C e la temperatura della sorgent
15. 11 solar cooling 11 DEC sia in configurazione solare sia in configurazione ibrida sistemi trigenerativi ecc 7 Bibliografia ASHRAE HANDBOOK 1989 FUNDAMENTALS SI Edition ASHRAE HANDBOOK 1993 FUNDAMENTALS SI Edition ASHRAE HANDBOOK 2001 FUNDAMENTALS SI Edition ASHRAE HANDBOOK 2009 FUNDAMENTALS SI Edition UNI EN ISO 6946 2008 Componenti ed elementi per edilizia Resistenza termica e trasmittanza termica Metodo di Calcolo UNI EN ISO 13790 2008 Prestazione energetica degli edifici Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamento UNI EN ISO 13786 2008 Prestazione termica dei componenti per edilizia Caratteristiche termiche dinamiche Metodi di calcolo UNI EN ISO 7730 2006 Ergonomia degli ambienti termici Determinazione analitica e interpretazione del benessere termico mediante 11 calcolo degli indici PMV e PPD e dei criteri di benessere termico locale UNI EN 15316 1 2008 Impianti di riscaldamento degli edifici Metodo per il calcolo requisiti energetici e dei rendimenti dell impianto Parte 1 Generalit UNI EN 15316 4 2 Metodo per il calcolo dei requisiti energetici e dei rendimenti dell impianto Sistemi di generazione per il riscaldamento degli ambienti pompe di calore UNI TS 11300 Parte 3 Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva prEN 14825 2008 Air conditioners liquid chilling packages and heat pumps
16. MODELLO 4 MODELLO 5 MODELLO 6 30 40 C 201 2 105 13 105 00 17 48 Tabella 9 caratteristiche caldaie a condensazione Range 3 40 C 60 C Range 4 60 C 75 C Range 5 60 C 80 C MODELLO CALDAIA potenza utile nominale min potenza utile nominale max rendimento max in condizioni nominali rendimento max in condizioni min livello di parzializzazione min CAMPIONE 1 CAMPIONE 2 CAMPIONE 4 CAMPIONE 6 CAMPIONE 1 CAMPIONE 2 CAMPIONE 3 SOS MODELLO MODELLO MODELL MODELL MODELL MODELL 1 2 03 04 05 06 23 5 39 5 7 113 4 156 5 196 8 236 2 275 5 142 1 190 1 237 2 25 2 100 50 100 52 100 50 100 50 100 50 100 50 98 07 98 09 98 10 97 99 98 00 97 99 97 59 97 75 97 84 97 81 98 40 98 42 98 39 98 00 97 99 98 02 97 07 98 79 96 92 100 71 100 45 100 37 100 45 100 42 100 58 95 92 95 18 95 18 98 21 98 21 98 21 95 15 97 14 96 82 97 04 97 95 97 92 98 08 95 10 95 18 95 18 95 93 99 44 96 30 17 54 18 97 16 85 21 99 19 98 18 59 16 53 20 76 16 64 22 54 16 03 11 27 33 29 17 39 18 78 16 74 21 90 19 90 18 51 16 40 20 78 16 65 29 65 30 72 20 63 3 6 8 2 Nella seguente figura rappresentato lo schema in Simulink del modello caldaia tradizionale come sopra descritto Goto1 Potenza Caldaia KW_ kj s Schedule x Transport 4 B u 1 3800 pe 5 2 W Integrator kWh caldaia A Divide s
17. me HETAING temp est gt 0 Switch 3 Constant 1 0 ly Constant 2 L3 Switch 1 L clock schedule Constant 3 Clock 1 qload gt DAYS INV_EST p Profilo di accensione PCOOL gt ROOM DAYS P_ELECOOL gt ene ELECOOL gt SCHEDULE EER 2 Ttank gt gt TEST Pcool_HP COOLING kW_ACS ACS centralizzata 0 1 gt Tamb costo gas 5 Consumo GAS m3 Modello ACS Figura 32 schema generale simulink layout tradizionale II blocco profilo di accensione presente nello schema precedente genera lo schedule orario di accensione e spegnimento dell impianto in funzione del giorno della settimana e del periodo dell anno secondo quando definito dall utente nell apposita interfaccia utente raffigurata di seguito Schedule giorno RR Ore 00 00 01 00 02 00 03 00 04 00 05 00 06 00 07 00 08 00 09 00 10 00 11 00 12 00 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 20 00 21 00 22 00 23 00 Giorni Lavorativi Figura 33 interfaccia utente schedule settimanale 15 Schedule calendario G E N Lun Mar Mer Gio Ven Sab Dom 22 L6 9 12 4 13 414 15 a 16 4 17 18 1119 120 021 122 123 24 25 126 127 28 129 30 131 R Lun Mar Mer Gio Ven Sab Dom 41 52 5 06 18 149 410 014 112 113 1114 115 016 17 118 19 120 121 122 1 23 124
18. ost oss oor ose ore ore 085 oor 08 oss oss 1s ose ose ose oss oz oss oss ose os o7 5 ss ose oss ose oss oss ors ors oss ost oor 11419 2 oss ost oss ose oss ser ose ors ors os ost 96 ose 1r 105 146 5 oss osr ose ose os or 072 ore ors os 922 oss 59 102 105 oss ose 057 ose oss oss ose oso ore os ors oss 087 oss 102 Ls oss ose 7 oss cs ose oss oer ore 078 oss 087 oss se 100 osa oss ose ost ose oss ost oss os ose ors ors ore os 064 oss ose s oss ose oss ose 057 os oso oss oss 057 oss or 074 ore ors os ose oso ose oss oss oss oso us os ose oss oss
19. scelta della pompa di calore invernale CAL 1 scelta della caldaia typeHEAT HP INV CAL scelta dell impianto per la climatizzazione invernale tipoCAL 1 tipo caldaia 1 tradizionale O condensazione CALDAIA solo riscaldamento Pt TR 120 Potenza caldaia KW tipoCAL 0 50 caldaia tradizionale 1 caldaia condensazione SPARAMETRI POMPA DI CALORE COPSL 31 32 Cop 35 7 3 8 Pot 35 7 17 Pcool 35 7 18 EER 35 7 2 74 Tref cool HP 8 5 temperatura di mandata tank ai fan coil in cooling mode temperatura di riferimento per l HP 5 ACS Tw TRA 15 0 Temperatura Acqua in Ingresso To TR 55 0 Temperatura Acqua in Uscita Cp TRA 4 186 amp kJ kg C Calore Specifico Acqua Pcal ACS TRA 10 0 Potenza Caldaia se Separata dall Impianto Termico di Riscaldamento Il settaggio dell accumulo termico e del tipo di terminali fancoil o radiatori viene effettuato da interfaccia utente tramite 11 file distribuzione m unico per tutti 1 layout impiantistici preconfigurati in ODFESSE Nella figura seguente riportato lo schema generale in ambiente Simulink del layout tradizionale EST HEAT gt ROOM ON OFF on HP inv Goto 1 SCHEDULE HA Constant
20. with electrically driven compressors for space heating and cooling Testing and rating at part load conditions Badami M Bertini I Ceravolo F Di Pietra B Portoraro A Puglisi G A New Tool For Simulation And Design Of A Small Scale Internal Combustion Engine Cogenerator In Energy Efficient Buildings MICRoGENTI Glasgow Scozia Aprile 2011 Ceravolo F Di Pietra B Pizzuti S Puglisi G 2006 Neural models for ambient temperature modeling CIMSA 2008 IEEE International Conference on Computational Intelligence for Measurement Systems and Applications Istanbul Turkey Ceravolo F Di Pietra B Puglisi G 2010 ODESSE simulazione dinamica del sistema edificio impianti per la climatizzazione estiva Report Ricerca di Sistema 2010 Accordo di Programma MSE ENEA Bertini I Ceravolo F Citterio M De Felice M Di Pietra B Margiotta F Pizzuti S Puglisi G 2010 Ambient Temperature Modeling with Soft Computing Techniques Solar Energy Journal Vol 84 Issue 7 pp 1264 1272 I Bertini F Ceravolo M De Felice B Di Pietra F Margiotta S Pizzuti G Puglisi 2009 Sviluppo dell ambiente di progettazione ODESSE Optimal DESign for Smart Energy RICERCA SISTEMA ELETTRICO UNI TS 11300 3 Prestazioni energetiche degli edifici Determinazione del fabbisogno di energia primaria e rendimenti per la climatizzazione estiva SIMBAD Building and HVAC Toolbox Version 5 0 SIMulator of Building And Devices
21. 35 30 13 29 34 29 54 32 54 27 4196 38 96 42 07 38 40 39 86 36 22 Dall analisi delle tabelle precedenti si ricava un valore medio del livello minimo di parzializzazione pari al 35 8 un valore medio del rendimento minimo pari a 86 9 un valore medio del rendimento minimo pari a 92 3 Caldaia a gas tradizionali Range 2 da 51 a 100 kWt CAMPIONE 1 MODELLO 1 MODELLO 2 MODELLO 3 MODELLO 4 MODELLO CALDAIA MONTO MIA eonelzroni 91 98 92 02 92 06 91 95 nominali 91 949 92 029 91 99 92 01 nominali livello di parzializzazione 60 00 60 00 60 00 60 00 Dall analisi delle tabelle precedenti si ricava un valore medio del livello minimo di parzializzazione pari al 60 un valore medio del rendimento minimo pari a 92 un valore medio del rendimento minimo pari a 92 Caldaia a gas tradizionali Range 3 da 101 200 KWt CAMPIONE 1 MODELLO CALDAIA MODELLO 1 MODELLO 2 MODELLO 3 MODELLO 4 potenza utile nominale min kw 69 potenza utile nominale max kW VENCIMENTO PIM 92 00 91 98 92 02 92 01 nominali 92 00 91 99 92 02 92 0396 nominali livello di parzializzazione 60 00 62 90 62 94 63 06 Dall analisi delle tabelle precedenti si ricava un valore medio del livello minimo di parzializzazione pari al 62 un valore medio del rendimento minimo pari a 92 un valore medio del rendimento m
22. 58 7 59 8 60 8 39 5 40 6 41 6 42 7 43 7 44 8 45 8 46 9 48 0 49 0 50 4 51 1 52 2 53 2 54 3 55 4 56 4 57 5 58 5 59 6 sos 39 5 40 5 41 6 42 6 43 7 44 7 45 8 46 8 47 9 48 9 50 0 51 0 52 1 53 1 54 2 55 2 56 3 57 3 58 4 59 4 60 5 39 4 40 4 41 5 42 5 43 6 44 6 45 7 46 7 47 7 48 8 49 8 50 9 51 9 53 0 54 0 55 0 56 1 57 1 58 2 59 2 60 3 39 4 40 4 41 4 42 5 43 5 44 5 45 6 46 6 47 6 48 7 49 7 50 8 51 8 52 8 53 9 54 9 55 9 57 0 58 0 59 0 60 1 39 3 40 3 41 4 42 4 43 4 44 5 45 5 46 5 47 5 48 6 49 6 50 6 51 7 52 7 53 7 54 7 55 8 56 8 57 8 58 9 59 9 39 3 40 3 41 3 42 3 43 4 44 4 45 4 46 4 47 4 48 5 49 5 50 5 51 5 52 6 53 6 54 6 55 6 56 6 57 7 58 7 59 7 39 2 40 2 41 3 42 3 43 3 44 3 45 3 46 3 47 3 48 4 49 4 50 4 51 4 52 4 53 4 54 4 55 5 56 5 57 5 58 5 59 5 39 2 40 2 41 2 42 2 43 2 44 2 45 2 46 2 47 2 48 2 49 3 50 3 51 3 52 3 53 3 54 3 55 3 56 3 57 3 58 3 59 3 39 1 40 1 41 1 42 1 43 1 44 1 45 1 46 1 47 1 48 1 49 1 50 1 51 1 52 1 53 1 54 1 55 1 56 1 57 1 58 1 59 1 39 1 40 1 41 1 42 1 43 1 44 1 45 1 46 0 47 0 48 0 49 0 50 0 51 0 52 0 53 0 54 0 55 0 56 0 57 0 58 0 59 0 40 0 41 0 42 0 43 0 44 0 45 0 46 0 46 9 47 9 48 9 49 9 50 9 51 9 52 9 53 8 54 8 58 8 39 0 39 9 40 9 41 9 42 8 43 8 44 8 45 8 46 7 47 7 48 7 49 6 50 6 51 6 52 6 53 5 54 5 55 5 56 4 57 4 58 4 38 9 39 9 40 8 41 8 42 8 43 7 44 7 45 7 46 6 47 6 48 6 49 5 50 5 51 5 52 4 53 4 54 3 55 3 56 3 57 2 58 2 Confrontando 1 valori riportati nella precedente tabella con quelli riportati nella scheda tecnica della pompa d
23. EER 100 961 Tin acqua uscita 25 5 Y EER FK Lookup Table Taria ext bs parzializzata switc hCarico Switch 2 Display 8 p 1 gt 3 Pcool 35 7 cool 35 n Ene ele kWh CCOL P gt Constant ERR1 gt 5 gt Gain m 2 kKW_COOL Display 11 Li potenza elettrica assorbita Figura 28 Schema simulink modello PdC funzionamento estivo 51 elencano di seguito 1 parametri input e output che caratterizzano 11 modello della pompa di calore acqua in regime invernale Parametri in condizioni nominale Temperatura di mandata 7 C Temperatura esterna 35 Potenza frigorifera in condizioni nominali Temperatura di mandata 7 C Temperatura esterna 35 C Temperatura di set point dell accumulo termico posto a valle Input Temperatura a bulbo secco dell aria esterna Temperatura di mandata coincidente con la temperatura dell accumulo termico Schedule orario On Off settato da interfaccia utente Schedule settimanale On Off settato da interfaccia utente output Effettiva potenza frigorifera generata effettivo Effettiva potenza elettrica assorbita 2 3 1 2 Modello caldaia a gas Il mo
24. Lampedusa Figura 50 Citt che compongono il data base del file climatico dell umidit ambiente UR LAMPEDUSA UR MESSINA UR PALERMO ul PRIMA AMM f a UNI Y Pa UR CATANIA UR CAGLIARI UR BARI 90 uh Pe I III UR GENOVA MK 17 UR GIOIA DEL COLLE 4 MI MM UR MONTE ARGENTARIO w E 3 fen MAM Au 100 90 80 70 60 50 40 30 20 80 70 60 50 40 30 20 UR VITERBO I TITO MI UR RIMINI UR MILANO AI T NEAL AUR UR TREVICO NM MN LL 4 Indicizzazione dei profili elettrici per edifici uso uffici 3 AI fine di definire 1 profili tipo per 1I carico elettrico di edifici ad uso ufficio da poter utilizzare all interno della piattaforma ODESSE nel corso dell annualit corrente stata condotta una campagna di acquisizione strumentale del carico elettrico orario esclusa climatizzazione di alcuni edifici nel Comune di Roma adibiti ad uso uffici pubblici e privati ampliando 1 profili di carico analizzati durante l annualit precedente Ol
25. UNI EN ISO 13786 che seppure oneroso dal punto di vista computazionale consente un calcolo pi preciso e pi vicino con 1 carattere non stazionario di ODESSE Infatti la suddetta norma introduce metodi per 11 calcolo del comportamento termico in regime dinamico dei componenti edilizi e fra questi definisce la capacit termica areica interna ed esterna Questi dipendono dal periodo di variazione T considerato che pu variare da 1 ora 1 giorno a 1 mese o ad 1 anno nel caso di ODESSE stato assunto 1 anno La procedura per 1 calcolo delle capacit termica prevede l individuazione dei materiali che compongono ciascun strato del componente con le relative caratteristiche termiche e spessori d il calcolo della profondit di penetrazione di ciascun materiale determinazione della matrice di trasferimento termico per ciascuno strato la determinazione della matrice di trasferimento del componente come prodotto della matrice di trasferimento termico di ciascuno strato nell ordine corretto Le capacit termiche areiche sono date da T 17 1 Za Lia T 7 1 276 essendo Z Z cosh cos j senh sen Zo c isinh cos 4 cosh sen j cosh Z sen senh cos Zi E Isinh 5 2 cosh sen J cosh Z sen senh cos E Nel preprocessore di ODESSE stata definita come cap
26. condizioni di off design secondo le curve fornite dal costruttore tramite 1 principali canali di diffusione commerciale Applicazione della UNI EN 15316 4 2 2008 alla pompa di calore Campione 1 A titolo di esempio di seguito 51 riporta lo sviluppo del procedimento che si seguito l applicazione degli algoritmi sopra descritti e il confronto con 1 dati sperimentali del campione 1 I dati di riferimento necessari al calcolo della variazione della potenza termica e del COP sono 1 seguenti 51 riportano in appendice 1 risultati dettagliati relativi all applicazione della UNI EN 15316 4 2 2008 alle pompe di calore di riferuimento e 1 confronti con 1 valori sperimentali forniti dal costruttore Tabella 2 dati di riferimento necessari al applicazione della UNI EN 15316 4 2 2008 Potenza termica fornita per temperatutra Potenza assorbita nel Temperatura di Temperatura esterna Temperatura esterna Potenza termica fornita punto test 2 punto punto test a cui si punto test a cui si riferisce mandata punto test 1 punto test 2 per punto test 1 riferimento per COP riferisce il COP il COP COP riferimento m o 7 as sms 7 os o 7 7 s s Fissate le temperature di mandata di riferimento pari a 35 e 45 C si ricava la potenza termica qualsiasi temperatura esterna come di seguito indicato 55 3 KW 46 7 KW 6 35 6 7 55
27. curve data dalla seguente formula Collares Perreira e Rabl 1979 bcosc cos w cost Fe 281 270 sin 0 5I 6o COS co Si pu definire l indice di limpidezza medio mensile giornaliero ed orario che il rapporto fra la radiazione su una superficie orizzontale e la radiazione extra atmosferica indicato rispettivamente con Kr Kr e kr La radiazione totale pu inoltre essere separata nelle componenti diretta e diffusa Orgill e Holland la 1977 hanno usato dati provenienti da osservatori canadesi per correlare I cio 1 rapporto tra la radiazione diffusa e la radiazione totale e l indice di limpidezza orario Diagramma Solare Latitudine 41753 Solare Latitudine 41753 90 L 0 70 70 Altezza del Sole 20 20 207 10 107 12 135 120 105 90 507 307 15 180 307 dal 607 25 90 105 120 135 n Est Sud Dvest Azimuth Figura 2 Diagramma polare e cartesiano per Roma Le equazioni per la correlazione sono 1 0 249 per lt 0 35 1 557 1 84 0 35 lt kr lt 0 75 0 177 per kr 0 75 Per una superficie inclinata di un angolo 51 possono trovare le componenti diretta e diffusa dal c
28. del sistema di emissione e la produzione di ACS Valutazione dei principali indici di performance impiantistici su base oraria PES rendimento elettrico rendimento termico Valutazione della potenza termica ed elettrica generata immessa in rete e auto consumata e del gas consumato Valutazione dei principali indici economici MOL valutazione dei costi di gestione e dei ricavi annui Vengono valutati separatamente 1 ricavi dall energia elettrica auto consumata e immessa in rete in funzione della fascia oraria di produzione e consumo Per impianti centralizzati fornisce anche il fabbisogno di ACS Per edificio tipo uffici la richiesta di ACS posta a Zero Connesso in parallelo alla rete elettrica Connesso in parallelo alla rete elettrica in alternativa al MCI Produzione di potenza frigorifera per il raffrescamento degli ambienti Attivo solo per impianti autonomi Un termostato ne regola accensione in funzione della temperatura dell edificio L utente da apposita interfaccia di seguito indicata potr personalizzare la configurazione Impiantistica scegliendo e dimensionando in maniera del tutto intuitiva 1 principali componenti che caratterizzano il sistema Combined Heat and Power with Internal Combustion Engine 7 Italian National Agency for New Technologies Energy and Sustainable Economic Development Combined Heat and Power Control Sistem Thermal Cont
29. dell accumulo termico o Schedule orario On Off settato da interfaccia utente o Schedule settimanale On Off settato da interfaccia utente output o Effettiva potenza frigorifera generata o Portata di gas consumato mc h Volume di gas complessivo consumato durante la stagione invernale mc Per le caldaie gas con tecnologie condensazione sono state analizzate le prestazioni energetiche di un campione di modelli distinte per diverse coppie di temperatura mandata ritorno dal quale dipende fortemente l efficienza termica utile Range 1 30 C 40 C Range 2 30 C 50 Range 3 40 C 60 Range 4 60 C 75 Range 5 60 C 80 Per ogni range di temperatura sono state analizzate le prestazioni energetiche di diversi campioni di caldaie appartenenti a diverse case costruttrici secondo le indicazioni fornite dalle relative schede tecniche Per ciascun campione sono state analizzate le diverse taglie prodotte si riportano nelle tabelle di seguito le caratteristiche energetiche analizzate per ciascun range di temperatura Nel grafico seguente 51 riportano le caratteristiche medie di ciascun modello al variare del range di temperatura e della parzializzazione del carico 108 106 2 1 10496 media 30 40 media 30 50 2 102 A media 40 60 media 60 75 8 M media 60 80 100 Lineare media 30 40 Lineare m
30. impianto non dotato di un serbatoio di accumulo questo va comunque previsto e opportunamente dimensionato L accumulo quindi fornisce la potenza ausiliaria Qaux aumentata delle perdite del sistema di emissione e distribuzione necessaria a bilanciare la richiesta termica dell edificio L intero modello gestito da un sistema di controllo improntato sulla logica di massimizzare la produzione solare nella stagione fredda e nella stagione calda In particolare il controllo regola il funzionamento del sistema di emissione della caldaia della macchina ad assorbimento della macchina frigorifera a compressione e della produzione dei collettori solari come di seguito descritto prima per il funzionamento in riscaldamento e successivamente per quello in raffrescamento Il sistema di emissione fornisce potenza Qemiss inv fino a quando la temperatura interna dell edificio non raggiunge 11 valore di riferimento con una banda di isteresi di 0 5 C o fino al raggiungimento della temperatura massima di funzionamento del tipo di elemento radiante selezionato La caldaia viene attivata quando la temperatura dell accumulo al di sotto del valore minimo richiesto dal sistema di emissione selezionato La potenza prodotta dal campo solare di norma convogliata nel sistema di accumulo viene dissipata nel caso in cui eccede la temperatura massima dell accumulo o per motivi di sicurezza quando raggiunge la massima temperatura di funzionamento dei collettor
31. programma calcola l area dell ombra mediante l equazione 1 ala 1 Nn Xi 1 Infine effettua la sommatoria Ne Atot gt A n m i dove Nc il numero di punti del contorno Infine la frazione percentuale della facciata che si trova in ombra calcolata attraverso 1l rapporto 100 SUP rot Dove Atot l area totale dell ombra sulla facciata e Suptot la superficie totale della parete stessa fornita dall utente 1 4 Profili di utilizzo Per rendere pi reale la simulazione stata introdotta in ODESSE la possibilit di inserire profili di carico orari differenziati per giorni lavorativi sabato e domenica festivit mediante l interfaccia riportata di seguito in particolare tale possibilit riguarda 11 carico termico generato dagli occupanti dalle luci artificiali e dalle apparecchiature elettriche 2 Schedule Occupants Reference UNI EN ISO 7730 Degree of Activity Seated at rest Working day Saturday l W Sunday Holidays Cancel Figura 7 Schedule orario apporto termico persone Analogamente con
32. rappresentato dalla sola tipologia fancoil edificio_08_08 LAYOUT TRADIZIONALE COOLING File Edit View Simulation Format Tools Help Dc b Sg Pecol Iscneguie stripuzione fan cooling CON ACCUMULO Figura 37 Particolare del blocco COOLING L accumulo termico come per il blocco Heating viene mantenuto alla temperatura di set point dalla pompa di calore mentre l accensione e lo spegnimento dei fancoil regolato da un termostato ambiente che misura la temperatura interna dell edificio e dallo schedule settimanale che regola 1 profilo di utilizzo giornaliero dell impianto termico Come si evince dal seguente esempio applicativo 1 modello matematico del fancoil la propria efficienza quindi la potenza termica ceduta all edificio in funzione della temperatura dell acqua di ingresso coincidente con la mandata dall accumulo termico e della potenza istantanea erogata dalla pompa di calore Nella seguente figura riportata l interfaccia utente per layout impiantistico definito tradizionale Agenzia nazionale per le nuove tecnologie l energia e lo sviluppo economico sostenibile Orario Funzionamento Giornaliero Seleziona Giorni Festivi Annui Seleziona IMPIANTO Tradizionale Potenza Termica Nominale 50 0 KW COP Nominale 35 C 7 C 5 0 Potenza Frigorifera Nominale 40 0 KW EER Nominal
33. riferimento dell aria immessa in funzione della temperatura e della produzione oraria di vapore acqueo all interno dell edificio secondo la UNI EN ISO 7730 determinata relazione al tipo di attivit svolte e alla variabilit del profilo di occupazione nel tempo secondo lo schedule orario settimanale associato interfaccia utente delle caratteristiche termo igrometriche dell aria esterna che vengono fornite tramite un vettore orario in cui la componente relativa alla temperatura generata dal modello NWG Report RSE 2009 188 in funzione della localit scelta dall utente mentre la componente umidit generata dall anno climatico tipo della localit vicina presente nel data base climatico di ODESSE Elemento NWG neural weather generator Blocco umidit Ruota desiccant silical gel Scambiatore Aria aria Raffredda l aria in uscita dalla ruota Regola la temperatura dell aria prima dell ingresso nell edificio Batteria calda e fredda ausiliaria Batteria calda Funzione Simula in regime dinamico il carico termico e stima il carico elettrico orario e la richiesta di ACS dell edificio Fornisce 1 dati di radiazione e temperatura ambiente per il calcolo dei carichi termici e delle prestazioni dell impianto Fornisce l andamento orario dell anno tipo per s l umidit assoluta e relativa dell aria esterna Deumidifica l aria esterna con trasformazione isoentalpica Ri
34. 125 26 0 27 028 029 1130 B Lun Mar Mer Gio Ven Sab Dom 11 12 Lj4 05 17 09 110 11 012 013 0 14 115 116 117 118 019 020 121 22 023 124 125 126 127 128 M G Lun Mar Mer Gio Ven Sab Dom lt L2 05 6 09 010 11 112 013 0 14 0 15 16 1 17 118 119 120 21 122 123 24 L 25 26 127 128 29 130 31 R Lun Mar Mer Gio Ven Sab Dom 11 12 04 Js 18 19 410 141 012 013 0 14 15 116 117 1118 1119 1120 121 22 123 24 L 25 126 127 28 29 1130 L 31 G I U Lun Mar Mer Gio Ven Sab Dom LJ5 6 LJ 18 119 014 112 013 114 15 16 1117 1118 019 20 21 122 L 23 124 25 1126 27 128 1129 130 Figura 34 interfaccia utente schedule annuale blocco profilo di accensione genera inoltre un ulteriore output INV EST per l attivazione del impianto di riscaldamento o di raffrescamento in funzione del periodo dell anno e della zona climatica Il periodo di riscaldamento definito 1 funzione del DPR 412 92 invece 1 periodo di raffrescamento definito come 11 complementare al primo Quando il valore del output INV EST pari a 0 viene attivato l impianto di riscaldamento degli ambienti caldaia o pompa di calore in funzione della scelta dell utente e viene inibito il blocco relativo all impianto di raffrescamento pompa dicalore quest ultimo viene attivat
35. 3 54 KW 45 9 KW Prp 8f 5 45 760 060 84 7 C 54 KW Confrontando 1 valori cos ottenuti con quelli riportati nella scheda tecnica della pompa di calore 81 pu constatare che l errore commesso nella valutazione matematica per le temperature di riferimento 35 e 45 C minimo rispetto ai dati effettivi ZI __ l _ bolo X wil 2 M Potenza terrmica produttore kW EM 00 PE 65 00 Potenza terrmica teorici kW 34 41 40 56 46 70 49 16 55 5530 5899 99 65 13 Esterna C Figura 17 Potenza termica generata Dati Produttore Vs Dati teorici Temp di mandata 35 C Variazione potenza termica in funzione della temperatura esterna e T mandata 45 C Potenza termica KW Potenza terrmica produttore KW 40 90 45 90 47 90 54 00 56 50 63 10 Potenza terrmica teorici kw 4011 45 90 48 21 54 00 57 47 63 26 Temp esterna C Figura 18 Potenza termica generata Dati Produttore Vs Dati teorici Temp di mandata 45 C Variazione potenza termica in funzione della temperatura esterna con I 40 mandata 3 M c Potenza terrmica produttore KW pm Potenza terrmica teorici KW 34 07142857 Temp Esterna C Figura 19 Potenza termica generata Dati Produt
36. ENEN Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie EN P l Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile Ministero delle Sedagpo Economico RICERCA DI SISTEMA ELETTRICO Integrazione di layout impiantistici nella piattaforma di simulazione ODESSE Optimal DESignfor Smart Energy I Bertini L Castellazzi F Ceravolo B Di Pietra A Federici R Iannucci F Margiotta A Pannicelli G Puglisi ODESSE optimal design for smart energy Report RdS 2011 178 Integrazione di layout impiantistici nella piattaforma di simulazione ODESSE Optimal DESignfor Smart Energy I Bertini L Castellazzi F Ceravolo B Di Pietra A Federici R Iannucci F Margiotta A Pannicelli G Puglisi ENEA Settembre 2011 Report Ricerca di Sistema Elettrico Accordo di Programma Ministero dello Sviluppo Economico ENEA Area Razionalizzazione e risparmio nell uso dell energia elettrica Progetto Studi e valutazioni sull uso razionale dell energia Strumenti e tecnologie per l efficienza energetica nel settore dei servizi Responsabile Progetto Ilaria Bertini ENEA Accordo di Programma MSE ENEA Tema di ricerca Tecnologie di risparmio elettrico e nei settori collegati industria e servizi Integrazione di layout impiantistici nella piattaforma di simulazione ODESSE Optimal DESignfor Smart Energy PRES did 5 1 Modello dinamico dell edificio validazione dei 1
37. On Off Accumulo caldo Accumulo inerziale termico utilizzato durante la Viene mantenuto in stagione invernale temperatura dagli impianti e alimenta 1 radiatori 1 fancoil Accumulo freddo Accumulo inerziale termico utilizzato durante la 11 modello fisico coincide stagione estiva con l accumulo caldo 51 riporta di seguito lo schema Simulink del sistema di distribuzione con fancoil Qload Temperatura ambiente T_Tank Temp_aria esterna Temp_rif_fancoil Qaux Accumulo termico Acqua ingresso fancoil temperatura e portata Simple static heating coil C1 aria ambiente E u 1 2 temp acqua uscita In1 termostato ptot2 interna u 1 n fancoil VT valvola termostatica 1 Potenza frigorifera erogata all edifio u 1 n fancoil 4 Consumo elettrico ventola Int ARIA PROCESSO Figura 12 schema in simulink del sistema di distribuzione con fancoil Nella figura seguente si riporta l andamento della temperatura oraria di un edificio uso uffici ubicato a Roma costituito da 7 piani per una totale superficie riscaldata di 5481 mq riscaldato da 180 fancoil avente una potenza nominale di 3 3 kWt con acqua a 50 C con un accumulo termico 3 mc Riscaldato nel primo caso da pompa di calore con potenza termica nominale 150 kWt nel secondo caso con pompa di calore da 450kWt 50 00 room Fr 2 emp esterna T
38. P nelle condizioni operative 00 e 05 secondo la metodologia indicata da UNI EN 15316 4 2 2008 ed 11 COP di riferimento 7 C 35 C fornito dal costruttore COPopr 0 gri f COP 7 35 2 si calcola la media per ogni coppia di tra 1 coefficienti correttivi cosi ottenuti tutte le quattro macchine costituenti 11 campione di riferimento e 81 ricavano valori medi di fr _Iratiratiratira 4 3 3 Si ricalcolano per ogni macchina 1 valori del COPopr tramite 1 coefficienti correttivi medi ottenuti e si confrontano 1 nuovi risultati con 1 dati forniti dal fabbricante Nella seguente tabella riportata la matrice dei coefficiente correttivi medi del COP di riferimento fornito dal costruttore ottenuta secondo la procedura sopra esposta TABELLA COEFFICIENTI CORRETTIVI MEDI PER IL CALCOLO DEL COP IN CONDIZIONI OPERATIVE esterna di mandata 20 0 84 0 87 0 94 EJ 105 77775 x ce oss oss ose oss Ls oss os oss ose Joss ose _ a os ore oer ose sr os ose _ e oss om ors ose os oss ser 155 99 _ Ls oss ors ore ose oss oor 15 _
39. Potenza termica COP EER operante in condizioni di off design La costruzione delle suddette matrici ottenuta tramite l applicazione di una metodologia semiempirica basata sull osservazione dei dati sperimentali di funzionamento di un campione costituito da pompe di calore presenti in commercio e dall applicazione degli algoritmi forniti dalla normativa tecnica vigente UNI EN 15316 UNI TS 11300 3 Per ogni pompa di calore del campione di riferimento stato calcolato il rapporto tra 11 COP in condizioni operative valutato applicando l algoritmo suggerito dalla normativa UNI e 1 COP in condizione di riferimento 35 C 7 C fornito dal costruttore Operando in questo modo anche per la potenza termica ed effettuando una media tra 1 coefficienti correttivi di ciascuna macchina campione stato possibile estrapolare ed implementare in ambiente Matlab Simulink un set di matrici correttive medie valutate per ciascuna coppia di temperatura della sorgente calda e sorgente fredda 00 Bench 11 confronto abbia messo in evidenza una buona corrispondenza tra 1 dati sperimentali e quelli forniti dalla UNI EN 15316 come si evince dai successivi grafici s1 ritenuto comunque procedere alla definizione delle matrici correttive in quanto l algoritmo fornito dalla normativa presenta una difficolt applicativa obbligando 11 progettista a conoscere almeno 4 punti di funzionamento della pompa di calore spesso non forniti nelle schede tecni
40. R ricavati con la procedura suggerita dalla UNI e 1 dati forniti dal costruttore per il campione Tabella 6 EER con Temperatura di mandata7 C VARIAZIONE EER T mandata 7 C carico 100 Errore Temperatura EER dati EER dati teorici percentuale esterna C produttore normativa 4 50 4 00 EER NN 6 dati produttore dati normativa sol Id o 27 32 35 40 43 Temperatura esterna C Figura 25 EER con Temperatura di mandata 7 C dati produttore vs dati modello Tabella 7 EER con Temperatura di mandata10 C VARIAZIONE EER T mandata 10 C carico 100 Errore Temperatura EER dati EER dati teorici percentuale esterna C produttore normativa 96 4 50 4 00 3 90 3 00 2 50 EER 2 00 0 50 dati produttore 0 00 dati normativa 27 32 35 40 43 Temperatura esterna C Figura 26 EER con temperatura di mandata 10 C dati produttore vs dati modello Implementazione in ambiente simulink Il modello descritto nei paragrafi precedenti stato implementato in ambiente di sviluppo Matlab Simulink per l integrazione nei prestabiliti layout di impianto presenti in ODESSE e configurabili facilmente dall utente tramite l utilizzo dell interfaccia utente Per il funzionamento invernale figura 8 con l utilizzo di due lookup table sono state implementate le matrice di correzione del COP nominale e della potenza termica nominale al variare della temp
41. a tradizionale e condensazione 2 sistema co trigenerativo con motore a combustione interna di piccola taglia e microturbina 3 sistema Dessiccant cooling classico integrato con motore a combustione interna per la rigenerazione della ruota entalpica 4 sistema ibrido prevede l integrazione di fonti rinnovabili con le tecnologie tradizionali generazione elettrica da fotovoltaico generazione termica da collettore solare integrati con pompe di calore elettriche e caldaia a gas di backup per la produzione di ACS 5 Sistema di solar cooling con gruppo frigo ad assorbitore a bromuro di litio e collettori solari sottovuto Inoltre stata mantenuta una configurazione in cui possibile simulare il solo edificio senza impianti per valutarne 11 fabbisogno energetico da richiedere all impianto La costruzione dei singoli layout impiantistici stata effettuata seguendo un obbiettivo comune minimizzare la richiesta di dati quantitativi in input senza tuttavia rinunciare all accuratezza del risultato Per tale motivo alcuni parametri impiantistici secondari sono invisibili all utente e fissati in valore costante o determinati tramite apposito algoritmo all interno dell ambiente di sviluppo Inoltre ciascun layout preconfigurato anche gestito da un proprio sistema di controllo che determina l accensione lo spegnimento e la regolazione del principali componenti di impianto seguendo le logiche che normalmente caratterizzano gli impianti re
42. a Ausiliario 0 85 Figura 15 ODESSE Interfaccia utente layout tradizionale Durante l annualit corrente inoltre particolare attenzione stata data allo sviluppo di un modello semplificato di pompa di calore elettrica tipo acqua acqua capace di valutare con la sola definizione dei dati di targa le prestazioni orarie al variare delle condizioni al contorno e in qualsiasi condizione di carico reale In particolare obbiettivo dello studio come descritto nel dettaglio nei successivi paragrafi stato la definizione di matrici di correzione delle prestazioni nominali della pompa di calore Potenza termica COP EER operante in condizioni di off design DAYS INV_EST 1 QAUX EDIFICIO Profilo di accensione COOLING Figura 16 schema simulink layout tradizionale 2 3 1 Descrizione dei nuovi modelli che costituisco Il layout di impianto Tradizionale 2 3 1 1 Modello pompa di calore elettrica Il modello di pompa di calore presente in ODESSE sviluppato nel corso della corrente annualit consente di valutare con la sola definizione dei dati di targa le prestazioni orarie di pompe di calore ad azionamento elettrico acqua acqua al variare delle condizioni al contorno e in qualsiasi condizione di carico reale In particolare obbiettivo dello studio stato la definizione di matrici di correzione delle prestazioni nominali della pompa di calore
43. a ad assorbimento volutamente sottodimensionata per consentire di evidenziare l azione del sistema di controllo assorbitore 2 8 Layout edificio Uno dei layout che possibile selezionare dall interfaccia di ODESSE quello composto dal solo edificio e consente di determinare il fabbisogno energetico invernale ed estivo di un edificio definito come la potenza ideale che deve fornire l impianto per mantenere la temperatura interna a 20 in inverno e 26 estate Questo calcolo pu essere utile in fase di progettazione in quanto consente di stimare 1 picchi massimi di potenza richiesti agli impianti di potenza e la loro distribuzione 1 valori medi e l andamento orario del fabbisogno energetico Poich 1 modelli per tali calcolo sono stati descritti ne1 report degli anni passati se ne omette la descrizione si riporta di seguito solamente lo schema della versione definitiva dell edificio nijnvemo minm 321 aviy Z From delta giorni IA amu guadagno illuminazione Temp terreno Switchs MIA m guadagno persone Carichi_parz To Workspace6 gi 0312 1917 guadagno app elettriche Carico Estivo RTS Carico Invernale Signal Specification temperatura interna li mnm dd 8 saturazione azeri Switch10 Switch E climatizzazione stop_simulation estiva saturazione a zero2 days Ginv Integrator3 Kwhs To Wor
44. a eas tradizionali Range 1 fino a 50 kWt CAMPIONE 1 CAMPIONE 2 CAMPIONE 3 CAMPIONE 4 eta CAMPIONE 7 MODELLO CALDAIA MODELLO 1 2 MODELLO 3 MODELLO4 1 2 wopE Lo 1 2 MODELLO 1 ri or TE potenza utile nominale min kw ue es 92 es 14 potenza utile nominale max 26 206 246 zs EE Fhunancondizion 96 84 8596 84 5596 83 96 83 33 86 54 79 44 86 67 87 88 86 00 86 44 87 7425 87 74 87 74 87 39 91 79 91 08 92 83 92 92 90 31 93 20 92 58 93 75 92 58 92 93 93 02 93 02 92 94 93 099 livello di parzializzazione 9 34 15 35 14 36 18 56 38 63 EOS 36 48 38 40 38 67 36 29 34 42 38 75 38 75 37 20 33 55 CAMPIONE 9 CAMPIONE 10 CAMPIONE 11 CAMPIONE 12 CAMPIONE 13 CAMPIONE 14 MODELLO CALDAIA MODELLO 1 MODELLO 2 MODELLO1 MODELLO1 MODELLO 2 MODELLO MODELLO2 MODELLO1 MODELLO2 MODELLO3 MODELLO4 MODELLO 1 MODELLO 2 MODELLO 3 MODELLO 4 MODELLO 5 da mia CONdizioni 87 74 87 39 88 24 86 88 86 61 88 11 88 06 84 94 91 79 86 07 91 75 85 71 86 36 86 67 87 88 86 67 O max im condizioni 9 92 94 93 09 91 25 93 12 93 00 91 80 92 39 90 00 93 21 90 42 93 30 90 23 90 33 92 58 93 87 93 62 livello di parzializzazione 37 20 33 55 43 75 40 19 39 43 32
45. a presenza delle sorgenti nel tempo e quindi in relazione alla produzione oraria relativa al tipo di attivit fuunzionamento e allo schedule orario ad esso associato Nel caso in esame stato considerato come sorgente interna la sola presenza di persone 11 cui carico latente espressi in W definito dalla norma ISO 7730 selezionabile da interfaccia come indicato nello schedule di figura 1 L apporto di calore latente dovuto all infiltrazione definito come di seguito indicato Qinf minf Cv 3600 Xref Xinf kW Dove o m inf la portata d aria di infiltrazione kg h o Cvell calore latente di vaporizzazione dell acqua pari a 2 500 kJ kg o Xref l umidit assoluta di riferimento dell aria interna kg kg o Xinf la quantit di vapore apportata all interno dell edificio dall infiltrazione d aria kg kg valutata dal file climatico come definito al cap 3 del presente lavoro l apporto di calore latente dovuto all immissione in ambiente di aria trattata dal sistema UTA valutato come di seguito indicato Ovent mvent Cv 3600 Xref Xvent kW Dove o m vent la portata d aria tratatta kg h o Cv ilcalore latente di vaporizzazione dell acqua pari a 2 500 kJ kg o Xref l umidit assoluta di riferimento dell aria interna kg kg o Xvent kg kg la quantit di vapore apportata all interno dell edificio dal sistema di trattamento aria UTA descitto al par 2 4 del presente lavoro Nella seguente figura ripo
46. acit termica la somma delle due componenti areiche interna ed esterna 1 3 Ombreggiamento 1 3 1 Introduzione ombre Una progettazione energeticamente efficiente richiede strumenti di controllo sugli effetti delle diverse scelte progettuali sul fabbisogno di energia per 11 riscaldamento e 11 raffrescamento e sulle condizioni di benessere ambientale In particolare le ombre proiettate su un edificio da altri edifici o da parti dell edificio stesso contribuiscono a determinare 1 flussi di energia solare sull involucro e quindi influenzano 11 bilancio energetico complessivo L algoritmo che viene di seguito presentato permette di calcolare 1 profili delle ombre proiettate da edifici di forma parallelepipeda su superfici piane orizzontali o verticali I dati di ingresso necessari alla elaborazione del calcolo sono in gran parte quelli gi forniti tramite interfaccia per la determinazione delle caratteristiche dell edificio sito geografico dimensione e orientamento dell edificio Poich la posizione del sole in una data localit latitudine nota in funzione del tempo ora e giorno stato possibile costruire un programma di calcolo che confronti tale posizione con le occlusioni rappresentate da altri edifici e da parti dell edificio e giunga cos a definire 1 contorni delle zone d ombra sulle facciate o su parti di esse dell edificio in esame Il software consente di valutare ombre risultanti dalla sovrapposizione di omb
47. ad uso uffici Nella Figura 7 si riportano 1 valori orari riferiti al funzionamento della pompa di calore e del sistema di distribuzione durante la settimana dal 25 gennaio al 2 Febbraio Tabella 12 Caratteristiche impianto di distribuzione Caratteristiche fancoil Potenza Termica VV 2300 Potenza Frigorifera totale Numero fancoil EF Volume Accumulo Termico m Portata acqua Temperatura di riferimento Accumulo Invernale C EN Potenza Frigorifera sensibile W Portata aria massima m h 10 Estivo C Portata minima mi h Tabella 13 Sintesi dei risultati della simulazione annua per pompa di calore aria da 17 kWt funzionante in regime estivo e in regime invernale Energia Elettrica Consumata Periodo Estivo kWh anno 1671 Energia Elettrica Consumata Periodo Invernale KWh anno 2355 Energia Termica Generata kWh anno 9056 Energia Frigorifera Generata KWh anno 5081 COP Medio Stagionale EER Medio Stagionale Potenza termica HP KWt Pot termica fancoil KWt room Temp tank Temp C COP Power kW Figura 39 Valori orari riferiti al funzionamento della pompa di calore e del sistema di distribuzione Periodo 25 Gennaio 2 Febbraio 2 4 Layout Trigenerativo La scelta del layout Trigenerativo consente di simulare 1l comportamento orario e
48. ali Si riporta di seguito il layer principale del modello simulink relativo al sistema edificio impianti di ODESSE 7 weather 1 Goto 16 ie P radMed Goto 1 EDIFICIO Dati eo tot rad beam rad ang incl DEC SYSTEM SCL Figura 10 Schema simulink layout generale edificio impainti Come 81 evince dallo schema ciascun Impianto implementato in modalit indipendente attraverso l interfaccia riportata di seguito l utente ha la possibilit di selezionare la configurazioni di impianto tra le cinque soluzioni possibili in funzione della scelta 11 software genera un file di inizializzazione contenente un vettore di configurazione denominato LAYOUT SELECTOR costituito da 5 costanti 1 0 a seconda della configurazione attivata In particolare 1 significato delle componenti del vettore di configurazione il seguente LAYOUT SELECTOR COG DEC TRA RIN SCL dove COG 1 implica l attivazione del sistema co trigenerativo DEC 1 implica l attivazione del sistema desiccant cooling TRA 1 implica l attivazione del sistema impiantistico tradizionale RIN 1 implica l attivazione del sistema ibrido SCL 1 i
49. altezza solari sono riportati rispettivamente sugli assi delle ascisse e delle ordinate In entrambi 1 diagrammi a tratteggio sono riportate le linee relative all ora Zenith d E I Nh Normal to a 9 Eu Da norizontal surface o NS Oer SM ml ES NIE NN NS AT EN N UT 2 25 Le y NN A gt N NN AS 3 54 A M EN P m No Dv 7 5 5 s WS 1 A SAA S Ta Nt de M ERA z re gt T 5 Sa DA 227 P M gt 2 A T Y 9 5 e 3 P 5 Pd T FU NS 74 x f E 8 27 Figura 1 Rappresentazione dell incidenza del sole Studi statistici della distribuzione temporale della radiazione totale su superfici orizzontali durante 1 giorno usando dati medi hanno portato alla elaborazione di curve generali che rappresentano 1 rapporto fra la radiazione totale oraria e quella totale giornaliera in funzione della durata del giorno considerato e nell ora in questione La rappresentazione analitica di tali
50. che per determinarne 1 COP e la Potenza termica generata in tutte le condizioni operative La matrice di correzione dell EER nominale per le pompe di calore operanti in condizioni di off design stata costruita utilizzando 1 coefficienti correttivi indicati nelle tabelle del prospetto C della UNI TS 11300 3 Confronto della metodologia di calcolo secondo UNI EN 15316 con i dati sperimentali In osservanza della UNI EN 15316 per la valutazione della variazione della potenza termica in funzione della temperatura esterna s1 applica la seguente relazione Or T H ADO 0 2 0 1 o POr la potenza termica ad una fissata temperatura di mandata ed alla temperatura esterna j esima KW 0 o la potenza termica ad una fissata temperatura di mandata ed alla temperatura esterna nel punto di riferimento 1 kW o 2 4 la potenza termica ad una fissata temperatura di mandata ed alla temperatura esterna nel punto di riferimento 2 KW la temperatura esterna nel punto di riferimento 1 C la temperatura esterna nel punto di riferimento 2 C o 2 la temperatura esterna j esima C Analogamente la variazione della potenza termica in funzione della temperatura di mandata calcolata tramite la seguente relazione 6 0 0 6 Of up PH npo y 0 2 EZ 2 o 4
51. dello di caldaia a gas implementato all interno della piattaforma ODESSE descritto nel Rapporto RSE 2010 ODESSE simulazione dinamica del sistema edificio impianti per la climatizzazione estiva al paragrafo 6 3 II modello matematico della caldaia consente il calcolo della portata di combustibile 77 in funzione del rendimento termico della caldaia modellata rt del potere calorifico inferiore del combustibile PCI della potenza erogata Pt e del grado di parzializzazione della caldaia dato dal fattore di carico FC come percentuale della potenza termica nominale effettivamente erogata 860 M comb RA RC PCI rt Nel corso del presente studio stato ulteriormente approfondito 11 calcolo del rendimento termico utile rt e del livello di parzializzazione raggiungibile FC per le caldaie tradizionali e caldaie a condensazione nelle diverse condizioni di esercizio lo studio stato effettuato conducendo una indagine a campione sulle prestazioni delle caldaie presenti in commercio nel funzionamento parzializzato In particolare per le caldaie a gas tradizionali sono state analizzate le prestazioni energetiche di un campione di modelli ricadenti in tre range di potenza termica utile Range 1 fino a 50 kWt Range 2 da 51 kWt a 100 kWt Range 3 da 101 kWt a 200 kWt Range 3 da 201 kWt Nelle tabelle seguenti s1 riportano le principali caratteristiche prestazioni dei modelli analizzati kg h Caldaia
52. dere oppure essere frazioni degli intervalli del primo gruppo Questo secondo caso indica sovrapposizioni di ombre Per ciascuno degli intervalli del primo gruppo viene definita l equazione della retta rappresentante contorno dell ombra Tale equazione ha la forma y ax b ottenuta imponendo la condizione del passaggio i due punti che definiscono l intervallo XI Va x x y Goa 7 y Per ciascuno degli intervalli h k si hanno quindi 1 due coefficienti alk k bU che definiscono la retta Il passo successivo il confronto di ciascun intervallo 1 esimo del secondo gruppo con tutti gli intervalli del primo al fine di individuare quali rette vi siano definite In ciascuno degli intervalli 1 51 troveranno alcune rette orizzontali ed alcune inclinate Il contorno dell ombra viene definito individuando 1 punti con y maggiore in ognuno degli intervalli I punti cos individuati andranno a formare 1 vettori X n e Y n del contorno La procedura consiste nell individuare la retta orizzontale pi alta bh k maggiore dell intervallo 1 esimo Se nell intervallo non ci sono rette inclinate 1 punti da inserire nel vettore del contorno sono x y b hk x y b h k x Se invece si hanno anche rette inclinate cio 205 0 si trovano eli incroci tra queste e la retta orizzontale pi alta Se tali incroci risultano interni all intervallo X1 la
53. do di calcolo eseguito secondo la norma UNI EN ISO 6946 si definisce come il flusso di calore che attraversa una superficie unitaria sottoposta a differenza di temperatura pari ad 1 C ed legata alle caratteristiche del materiale che costituisce la struttura ed alle condizioni di scambio termico 51 assume pari all inverso della sommatoria delle resistenze termiche degli strati 1 U IM Rr Rs XR Rs dove Rs e sono le resistenze termiche superficiali rispettivamente della superficie interna e di quella esterna indicano 1 passaggi termici dell aria ambientale alla superficie interna dall elemento edile e dalla superficie esterna dello stesso all aria esterna secondo la direzione del flusso termico ascendente orizzontale e discendente R la resistenza termica di un generico elemento compreso fra la superficie interna e quella esterna ed data dal rapporto seguente spessore dello strato di materiale nel componente A conduttivit termica Per quanto riguarda 1 valori delle resistenze termiche superficiali la norma UNI EN ISO 6946 prevede che 51 utilizzino 1 valori riportati nella tabella seguente Direzione del flusso termico Ascendente Orizzontale Discendente Resistenza termica superficiale interna 0 10 0 13 0 17 Resistenza termica superficiale esterna 0 04 0 04 0 04 Nel caso di pareti con intercapedini d aria queste sono caratterizzate da un valor
54. e 35 C 7 C 4 0 Caldaia SISTEMA AUSILIARIO PARAMETRI ACCUMULO Cambia Potenza Nominale Sistema Ausiliario 100 0 KW Rendimento Nominale Sistema Ausiliario 0 85 Figura 38 Interfaccia utente per layout impiantistico con pompa di calore SI riporta di seguito un esempio applicativo di pompa di calore aria acqua funzionante sia in regime invernale che in regime estivo a servizio di un edificio tipo uffici situato nel comune di Roma le cui caratteristiche sono sintetizzate nella Tabella III Tabella 10 Dati generali e termo fisici edificio simulato Dati Generali Altezza h m 10 00 Profondit P m 10 00 Lunghezza L m 10 00 Trasmittanza infissi W m K Pareti Pareti Solaio di Solaio di Nord Sud Est Ovest Calpestio Copertura TE NEM NEN Trasmittanza Parete W m K Dati Termo Fisici In Tabella IV sono riportati 1 dati di targa della pompa di calore utilizzata nell esempio applicativo Tabella 11 Dati di targa della Pompa di Calore utilizzata La Tabella seguente invece riporta le caratteristiche del sistema di distribuzione Le simulazioni sono state condotte in ambiente simulink integrando 11 modello semiempirico della pompa di calore prima descritto al modello dell edificio L accensione dell impianto regolata dal profilo di utilizzo dell edificio durante 1 sabato la domenica l impianto rimane spento trattandosi di un edificio
55. e calda in condizioni operative temperatura della sorgente calda in condizioni standard e la temperatura della sorgente fredda in condizioni operative C o la temperatura della sorgente fredda in condizioni standard C la temperatura della sorgente fredda in condizioni operative o Ja temperatura della sorgente fredda in condizioni standard Calcolato il fattore fr si computa la variazione del COP per tutte le condizioni di 9 e Le procedure di calcolo indicate al paragrafo precedente sono state applicate ad un campione di riferimento costituito da pompe di calore elettriche aria acqua le cui caratteristiche di targa fornite dal costruttore sono riportate nelle seguenti Tabelle Tabella I Dati tecnici del campione di riferimento in funzionamento invernale Condizioni di riferimento IER Potenzialit termica Potenza assorbita C OP 30 35 2 7 4 288 1 9 32 40 45 30 35 Tabella II Dati tecnici del campione di riferimento in funzionamento estivo Condizioni di riferimento Potenzialit Potenza assorbita EER T esterna C T mandata C frigorifera KW KW 165 274 5 La scelta dei modelli commerciali sopra riportati stata determinata in funzione della possibilit di valutare 1 comportamento della macchina in
56. e della resistenza termica che viene sommata nel denominatore dell equazione generale della trasmittanza termica Le intercapedini d aria sono interessate da scambi termici per irraggiamento e convezione che impediscono di valutare il solo coefficiente di conduttivit termica dell aria in quiete Secondo quanto previsto dalla norma 81 distinguono tre casi 1 intercapedini d aria non ventilate 2 intercapedini d aria debolmente ventilate 3 intercapedini d aria fortemente ventilate I valori delle resistenze termiche nelle intercapedini d aria sono determinati dalla stessa norma a seconda dello spessore e della direzione del flusso del calore come mostra la tabella seguente Spessore Direzione del flusso termico dell intercapedine d aria mm Ascendente Orizzontale Discendente 0 0 00 0 00 0 00 5 0 14 0 14 0 14 7 0 13 0 13 0 13 10 0 15 0 15 0 15 15 0 16 0 17 0 17 25 0 16 0 18 0 19 50 0 16 0 18 0 24 100 0 16 0 18 0 22 300 0 16 0 18 0 23 1 2 Capacit termica dell involucro La capacit termica nella precedente versione era calcolata solo per gli strati dell involucro compresi fra l isolante e la parete interna mediante la relazione fornita dalla UNI 10379 appendice H tale approccio stato abbandonato perch prevede una metodologia di individuazione dello strato a partire dal quale effettuare 11 calcolo di non semplice implementazione software si deciso quindi di implementare 1 procedimento descritto dalla norma
57. edia 30 50 Lineare media 40 60 98 T A Lineare media 60 75 AT Lineare media 60 80 96 9490 0 0096 20 0096 40 0096 60 0096 80 0096 100 0096 120 0096 Carico termcico 95 potenza nomnale Figura 30 Caratteristica prestazionale media del campione di caldaie a condensazione esaminate Tabella 8 caratteristiche caldaie a condensazione Range 1 30 C 40 C Range 2 30 C 50 C MODELLO CALDAIA otenza utile nominale ES kw min potenza utile nominale kw max rendimento max in 222704 condizioni nominali rendimento max in condizioni min livello di m 96 parzializzazione min CAMPIONE 3 CAMPIONE 2 CAMPIONE 4 A MPIONE 26 7 45 2 45 1 25 7 44 4 44 4 105 09 105 13 105 10 105 08 105 11 103 93 103 92 103 88 103 00 103 02 103 00 103 00 103 00 103 00 106 34 107 41 103 72 103 71 103 72 106 43 106 43 106 43 105 00 105 00 105 19 105 00 105 00 105 19 108 98 108 92 108 67 102 86 103 18 102 96 102 95 102 29 103 08 107 32 109 60 104 90 106 99 106 99 107 14 107 14 107 14 103 70 18 97 16 88 21 98 19 98 18 59 17 72 22 42 17 94 17 48 19 01 16 87 21 99 19 86 18 59 30 28 31 14 17 09 22 07 17 69 22 64 16 11 11 32 20 51 CAMPIONE 1 CAMPIONE 1 CAMPIONE 2 MODELLO MODELLO MODELLO 1 MODELLO 2 MODELLO 3 MODELLO 4 MODELLO 5 MODELLO 6 1 2 MODELLO 3 MODELLO 1 MODELLO 2 MODELLO 3
58. emp esterna C 0o PN NJ NJ NJ S NJ Power fancoil Wt Power impianto k Wt Power impianto k Wt Power fancoil k Wt Power 344 IMPIANTO SOTTODIMENSIONATO IMPIANTO DIMENSIONATO CORRETTAMENTE Figura 13 impianto sottodimensionato vs impianto dimensionato correttamente Dalla scelta del tipo di terminale dipendono le temperature di target a cui far lavorare la configurazione impiantistica Di seguito riportata l interfaccia utente utilizzata per selezionare e configurare il tipo di terminale del sistema di distribuzione I parametri richiesti per ciascuna tipologia sono facilmente reperibili nelle schede tecniche fornite dai costruttori 12 Distribution System and Domestic Italian National Agency for New Technologies Energy and Sustainable Economic Developmont Sistema di Distibuzione Riscaldameto Parametri Radiatori Fancoil Heating Dry Regime IC m I i Heating Peso del Radiatore kg 10 4 Temperature C Acqua contenuta nell Elemento m 0 00106 Relative Humidity Radiatori L Potenza Termica Elemento AT 50 C W 145 meto Mass flow rate kg s 0 Fattore di Emissione 1338 4117 Water Temperature C Portata Kg s 0 0034 75 Water Heat Mass flow rate kg s 1 Numero Elementi 4 Sistema di Distibuzione Raftre
59. ente calda per la macchina ad assorbimento che un modello a singolo effetto con soluzione H20 LiBr Alla macchina collegata anche una torre refrigerante evaporativi collegata con l acquedotto infatti nel modello stata ipotizzata una temperatura dell acqua costante e pari a 15 C L acqua fredda prodotta per effetto frigorifero viene inviata ad un accumulo freddo che alimenta il sistema di emissione ventilconvettori stata anche inserita nel modello di impianto una macchina frigorifera a compressione per integrare la richiesta frigorifera dell edificio nel caso in cui la macchina ad assorbimento non sia in grado di produrla per intero Si precisa che questa scelta stata dettata dalla necessit di implementare un modello in grado di replicare le soluzioni impiantistiche adottate nella realt Infatti anche se normalmente nella progettazione di nuovi impianti la macchina ad assorbimento progettata per soddisfare interamente la richiesta frigorifera dell edificio nel caso in cui l impianto di solar cooling va ad integrare un impianto esistente pu essere presente anche un gruppo frigo a compressione con funzione di integrazione come nell impianto asservito all edificio F 51 del CR Casaccia L accumulo costituisce quindi l interfaccia di collegamento fra il sistema di produzione dell energia e il sistema di emissione e ingloba se anche 1 sistema di distribuzione ci significa che nel caso si voglia simulare un
60. enza termica con Temperatura Potenza termica matrice di correzione Errore percentuale esterna produttore KW KW Vo 70 00 60 00 Potenza termica produttore A 50 00 NEN 40 00 4 gt 30 00 M Potenza termica con N matrice di correzione KW 20 00 10 00 0 00 10 xS 0 2 7 10 15 Temperatura esterna C Figura 23 Potenza termica generata dalla PAC con Temperatura di mandata 35 C dati produttore vs dati modello semplificato Tabella 5 Potenza termica generata con Temperatura di mandata 35 C VARIAZIONE POTENZA TERMICA T mandata 45 C Potenza termica con Temperatura Potenza termica matrice di Errore esterna produttore KW correzione KW percentuale 94 70 00 60 00 Potenza termica produttore AA gt 50 00 E 8 40 00 30 00 E Potenza termica con C 8 20 00 matrice di correzione KW 7 10 00 0 00 Temperatura esterna C Figura 24 Potenza termica generata dalla PAC con Temperatura di mandata 35 C dati produttore vs dati modello semplificato L utilizzo delle matrici correttive medie nel simulatore ODESSE permette l inserimento da parte dell utente di un unico valore di potenza termica nominale e COP nominale ottenendo in uscita tutti gli altri valori in condizioni operative Metodo di calcolo in regime estivo e definizione della matrice di correzione del EER nominale Per quanto ri
61. eratura dell acqua di mandata e della temperatura dell aria esterna L accensione e lo spegnimento della pompa di calore gestito da un termostato 1 Figura 8 comandato dalla temperatura dell accumulo termico posto a valle abilitando l accensione o lo spegnimento della pompa di calore in funzione della soglia di temperatura impostata 1 mandata C T_esterna C Curve di correzione della potenza termica nominale vs condizioni a contorno Pot 35 7 potenza termica nominale KW per acqua di mandata a 35 C t esterna 7 C Relay1 Ptermica generata KW temperatura accumulo termico 1 2065 Product1 5 Integrator Energia elettrica assorbita_stagione invernale schedule settimanale Divide Cop_35_7 COP nominale per acqua di mandata a 35 C e temperatura esterna 7 C Product potenza elettrica assorbita Pompa di calore T_acqua mandata C T_esterna C corezione COP Figura 27 Schema simulink funzionamento della pompa di calore in regime invernale 51 elencano di seguito 1 parametri input e output che caratterizzano 1 modello della pompa di calore acqua in regime invernale Parametri O O O O X 0 O D 0 0 12 COP in condizioni nominale Temperatura di mandata 35 C Temperatura esterna 7 C Potenza termica in condizioni nominali Temperatura di mandata 35 C Temperatura esterna PO Temperatura di set point dell accumulo termico pos
62. gli impianti necessari al mantenimento del comfort termico degli ambienti in funzione della stagione e della richiesta termica da parte dell utenza scegliere tra gli impianti disponibili a seconda delle condizioni operative gli impianti che garantiscano la migliore efficienza energetica Di seguito 81 riporta lo schema simulink del layout ibrido come implementato dal Dipartimento BEST del Politecnico di Milano nell ambito della collaborazione con ENEA per lo sviluppo della piattaforma ODESSE Report RdS 2011 x cos From8 es Relay i Relayost iHl oto oto From9 HPinv _HPinv oto L Ttank_ACS ro HP funzionamento estivo Temperatura tank C Pfreddo_kW Temperatura aria esterna C 12 gt gt gt Tamb 4 gt Temperatura esterna ele cost2 From6 1 H schedule cost3 inv 79i ACS Qaux_ACS Qimp_ACS costo_gas_ACS P profilo residenziale Ttank_ACS Qload_ACS Energia caldaia ACS pP 0102 consumo gas ACS P Accumulo Termico ACS
63. guarda 11 funzionamento della pompa di calore in regimo estivo 1I procedimento relativo alla costruzione delle matrici correttive risultato decisamente pi semplice in quanto la normativa UNI TS 11300 3 fornisce 1 valori del coefficiente correttivo nl al variare delle condizioni operati vedi temperatura della sorgente calda e fredda che deve essere moltiplicato per l EER nominale di riferimento per 4 diverse condizioni di carico 100 75 50 25 fornite dal costruttore come stabilito dalla prEN 14825 2008 Nella maggior parte dei casi l EER viene fornito solo nelle condizioni nominali Di conseguenza per facilitare l utente nella definizione parametri caratteristici del modello da simulare nel presente studio stata costruita la matrice correttiva dell EER valutando le 4 condizioni di riferimento a partire dal valore a pieno carico opportunamente corretto dal corrispondente valore 111 relativo a ciascuna delle tre condizioni di riferimento Tramite doppia interpolazione lineare si ricavano tutti 1 valori dell EER nelle condizioni di temperatura e di carico intermedie non specificate nelle tabelle Grazie alla procedura sopra esposta possibile simulare il comportamento medio della pompa di calore in qualsiasi condizione di esercizio partendo dal solo valore dell EER in condizione di riferimento definito dal costruttore 35 C 7 C nella relativa scheda tecnica 51 riportano di seguito 1 confronti tra 1 valori dell EE
64. i Volume gas 5 31 Divide1 ul Temperature u2 la kWh Sm3 gas naturale rendimento condensazione On_off_caldaia 4 mat ON TtoFanC Product Switch PID caldaia condensazione EN Figura 31 schema simulink caldaia condensazione 51 elencano di seguito 1 parametri input e output che caratterizzano il modello della caldaia condensazione Parametri o Potenza termica utile in condizioni nominale o Temperatura di set point dell accumulo termico posto a valle Input o Temperatura istantanea dell accumulo termico o Schedule orario On Off settato da interfaccia utente o Schedule settimanale On Off settato da interfaccia utente output o Effettiva potenza frigorifera generata Portata di gas consumato mc h o Volume di gas complessivo consumato durante la stagione invernale mc 2 3 2 Descrizione del layout di impianto in ambiente Simulink Tramite il file di setting input Tradizionale m definito dall interfaccia utente viene fornita la configurazione del sistema impiantistico in particolare l utente sceglie la sorgente di calore per il riscaldamento invernale caldaia pompa di calore la tipologia di caldaia tradizionale a condensazione le caratteristiche della caldaia le caratteristiche della pompa di calore la potenza termica utile della caldaia per ACS SI riporta di seguito lo script del file input Tradizionale m 5 LATOUT TRADIZIONALE HP INV D
65. i calore 81 pu constatare quanto segue l errore commesso nella valutazione matematica minimo rispetto ai dati effettivi per le due temperature scelte come riferimento nell equazione 1 per temperature differenti da quelle di riferimento l errore percentuale aumenta rimanendo comunque inferiore al 10 11 confronto si potuto fare per temperature di mandata fornite dal costruttore 51 riporta di seguito 1 calcolo dell errore percentuale per temperatura di mandata pari a 40 C Tabella 3 Errore percentuale sulla potenza termica generata Dati Produttore Vs Dati teorici CONFRONTO DATI TEORICI E REALI DELLA VARIAZIONE DI POTENZA TERMICA T mandata 40 C Temp esterna Potenza terrmica Potenza terrmica percentuale C produttore teorici so 4350 _ co La stessa procedura stata seguita per il calcolo del COP in funzione delle temperature esterna questo scopo applicando l equazione 3 alla pompa di calore Campione 1 si valuta nelle due condizioni di di riferimento 35 e 45 la variazione del COP ai diversi possibili valori di di esercizio 0f opr 35 35 7 Ir 35 35 E conseguentemente 11 COP quindi sar I valori di COP cos ottenuti possono poi essere ulteriormente corretti in funzione della variazione del A0 tra la temperatura in ingresso e in uscita al condensatore nel caso in cui vari nelle condizioni operative rispetto alle condiz
66. i piccola taglia e microturbina 3 sistema Dessiccant cooling classico integrato con motore a combustione interna per la rigenerazione della ruota entalpica 4 sistema ibrido prevede l integrazione di fonti rinnovabili con le tecnologie tradizionali generazione elettrica da fotovoltaico generazione termica da collettore solare integrati con pompe di calore elettriche e caldaia a gas di backup per la produzione di ACS 5 Sistema di solar cooling con gruppo frigo ad assorbitore a bromuro di litio e collettori solari sottovuto Per la costruzione dei layout impiantistici stato necessario oltre all utilizzo dei modelli matematici dei singoli componenti sviluppati nelle precedenti annualit implementare nuovi modelli per simulare 1 comportamento reale della pompa di calore ad azionamento elettrico aria e acqua acqua e delle caldaie a condensazione Per ciascun layout preconfigurato stato implementato un proprio sistema di controllo che determina l accensione lo spegnimento e la regolazione dei principali componenti di impianto seguendo le logiche che normalmente caratterizzano gli impianti reali In questo modo ODESSE 81 candida ad essere non solo un software per la valutazione rapida di mix energetici Innovativi ma anche uno strumento di divulgazione tecnica di soluzioni impiantistiche che non trovano ancora nel mercato un referente unico per la commercializzazione e che necessitano quindi di una figura capace di metterle a sistema es
67. i solari in quanto se raggiungesse la temperatura di stagnazione potrebbe pregiudicarne la funzionalit Per quest ultimo motivo il modello dotato di uno scambiatore dissipativo che disperde in aria la produzione eccedente Nella stagione di raffrescamento 11 sistema di emissione regolato allo stesso modo ovvero fornisce potenza Qemiss est fino a quando la temperatura interna dell edificio non raggiunge il valore di riferimento con una banda di isteresi di 0 5 C o finch la temperatura dell accumulo freddo non supera 11 valore di temperatura di spegnimento dell elemento radiante selezionato La macchina ad assorbimento ha come sorgente calda l accumulo invernale che deve fornire acqua calda in un intervallo compreso fra 80 C e 90 C tipico dei modelli a H20 LiBr per far ci la logica di funzionamento di collettori solari caldaia e accumulo caldo identica quella sopra descritta con la sola differenza che 1 valori di temperatura di riferimento che comandano l accensione o lo spegnimento della caldaia sono rispettivamente 80 C e 90 C e non pi quelli caratteristici del sistema di emissione selezionato La macchina ad assorbimento regolata in funzione della temperatura dell accumulo freddo che dipende a sua volta dalla temperatura di funzionamento in raffrescamento del sistema di emissione se la macchina ad assorbimento non in grado di raggiungere tale valore ovvero non in grado di soddisfare la richies
68. ia di seguito indicata potr in maniera del tutto intuitiva scegliere la configurazione impiantistica del sistema DEC tra cinque soluzioni possibili e programmarne lo schedule di funzionamento settimanale L Reference UNI EN ISO 7730 Heat from Occupants P Deaccant Cookeg mim lom Ti Degree of Activity Typical Application Total Heat Sensible Heat Latent Heat W Italian National Agency lor New Technologies Universit g 1 2 mi esa at rea re Movie e 0 Energy and Sustamable Economic Development a Palermo al rest 100 50 40 Office Hoteis Appartaments 120 Restaurant 1 Vendite ates Dando uta uc Wice H Appanament 1 5 Daly Schedule Se ect Wes Schedule Select Annual Schedue Select pra n 0 Facton 231 10 1 drew 0 mnai me LON Uschine Wo 308 5 11 lina Ae 280 30 Presence of the Heating HC2s z y i Reference T cut of Conteg 1 Bowling Alley 280 1 1180 Dance Hall 1 55 Heat Exchanger ificiescy High gt Reterence 1 cut of Cot Work Machine Work Factory 47 1 300 C Gy mnasiwm 4 340 EM avan corato Reference T of Supply Heating BCZ 32
69. ielo e dal paesaggio attraverso la formula ricavata da Liu e Jordan 1963 1 3 3 Descrizione della configurazione Il programma richiede come input 1 dati necessari a descrivere la configurazione geometrica Questo viene fatto in due stadi individuazione e descrizione delle diverse facciate dell edificio in esame e descrizione delle occlusioni rispetto a ciascuna facciata Le prime vengono inserite attraverso l apposita scheda dell interfaccia ODESSE Per quanto riguarda le occlusioni stato previsto l eventuale inserimento attraverso delle sottoschede a parte in numero uguale alle occlusioni viste Tale numero limitato ad un massimo di 10 Descrizione delle occlusioni rispetto alle facciate Ogni facciata vede le occlusioni che giacciono in tutto o in parte nel semispazio delimitato dal piano che la contiene Per descrivere tali occlusioni si adotta 1 sistema di riferimento mostrato in Fig 3 con centro nel punto O posto a terra a met della facciata 1 esima Le occlusioni devono avere pianta rettangolare ovvero essere riconducibili ad insiemi di occlusioni a pianta rettangolare Figura 3 Sistema di riferimento per descrivere le occlusioni L occlusione 81 pu allora descrivere rispetto alla facciata mediante 1 seguenti dati D distanza tra 1 due piani contenenti la facciata dell edificio ed il lato pi vicino parallelo ad essa dell occlusione S distanza tra il punto posto sulla linea di terra
70. impiantistici caratterizzati da mix energetici complessi e soluzioni tecnologicamente avanzate a servizio delle utenze termiche ed elettriche dell edificio simulato 1 Modello dinamico dell edificio validazione dei parametri modello che simula 1 comportamento dell edificio descritto nel Report RSE 2009 188 rimasto inalterato Sono state apportate delle modifiche nel calcolo di alcuni parametri fondamentali che hanno affinato il calcolo del bilancio energetico e dell andamento della temperatura interna In particolare le modifiche riguardano la determinazione delle resistenze dell aria della capacit termica dell involucro l introduzione di un algoritmo per la simulazione dell ombreggiamento e l introduzione dei profili di utilizzo 1 1 Resistenze dell aria modello matematico dell edificio calcola la dispersione di calore tra l ambiente interno l ambiente esterno in funzione della trasmittanza termica di ciascuna chiusura opaca e trasparente e della temperatura esterna Nella determinazione dei valori della trasmittanza termica dell involucro sono state fatte delle considerazioni e apportate delle modifiche relativamente all introduzione dei valori delle resistenze termiche superficiali e di intercapedini d aria rispetto ai valori dei coefficienti hi e he precedentemente considerati costanti indipendentemente dalla direzione del flusso termico La trasmittanza termica di una superficie 11 meto
71. in corrispondenza del centro del lato parallelo alla facciata e l asse 7 L lunghezza del lato parallelo P lunghezza del lato perpendicolare o profondit H altezza dell occlusione La convenzione circa 11 segno di 5 corrisponde al verso dell asse delle x D L P e H sono intrinsecamente positivi Per descrivere il caso di un edificio con pianta a come rappresentato in Fig 4 81 pu porre D 0 1 1 S 3L Figura 4 Esempio Parte dell edificio come occlusione E questo un esempio di come una parte dell edificio considerato venga trattata come un occlusione rispetto alla facciata in esame In generale per ogni facciata 81 dovranno considerare le occlusioni che si trovano semispazio ad essa prospiciente e definire tali occlusioni usando la simbologia prima definita dati vengono conservati in una matrice in cui ciascuna riga si riferisce ad una occlusione e contiene 1 parametri relativi Determinazione dell ombra proiettata da un occlusione In Fig 3 1 quattro vertici superiori dell occlusione sono indicati con i numeri 1 2 3 e 4 Le coordinate corrispondenti nel sistema di riferimento definito sono X4 S4lL n Va il 2 4 xs 58 28 ud de X Xa 24 Z4 Le proiezioni di questi quattro punti sul piano verticale contenente la facciata quando il sole sia in una posizione definita da X e Y hanno coordinate k p Wk p k p date in forma generale da
72. inimo pari a 92 Caldaia a eas tradizionali Range 4 201 CAMPIONE 1 MODELLO CALDAIA MODELLO 1 MODELLO 2 MODELLO 3 MODELLO 4 MODELLO 5 MODELLO 6 MODELLO 7 MODELLO 8 MODELLO 9 MODELLO 10 3 650 potenza utile nominale min kW _ 0 375 45 45 50 60 65 75 425 475 __ Be TO mn CONG IZON 95 58 95 42 95 71 95 89 95 88 95 81 95 79 95 79 95 82 95 70 rendimento max in condizioni asminali 95 37 95 24 95 42 95 53 95 42 95 40 95 29 95 42 95 31 95 31 livello di parzializzazione 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 50 00 Dall analisi delle tabelle precedenti si ricava un valore medio del livello minimo di parzializzazione pari al 50 un valore medio del rendimento minimo pari a 95 5 un valore medio del rendimento minimo pari 95 8 Dall analisi effettuata emerge un rendimento costante a circa 92 per le caldaie sopra 1 50kWt Mentre per le caldaie avente potenza termica utile inferiore a 50 kWt il rendimento risulta variabile dal 92 8790 all aumentare del livello di parzializzazione Per implementare in Simulink le caratteristiche suddette si utilizzata una lookup table 2D in cui stata ricostruita la caratteristica media delle caldaie con potenza termica inferiore a 50 kWt mentre per le caldaia con potenza superiore stato considerato un rendimento costante pari a 92 e un funzionamento in parzializzazione minima
73. ioni a contorno temp ambiente temp accumulo termico Output energetici Valutazione dei principali indici di performance economici impiantistici su base COP EER Potenza termica e frigorifera generata dalla pompa di calore Carico termico temperatura dell accumulo calco e freddo temperatura interna dell edificio Costo dell energia elettrica e gas consumato L utente da apposita interfaccia software potr scegliere se utilizzare la sola pompa di calore per la climatizzazione invernale e estiva o utilizzare la caldaia a gas come generatore di calore invernale o come backup La temperatura di riferimento a cui far lavorare l accumulo termico dipende come descritto in dettaglio nel report esteso dalla scelta del sistema di distribuzione ed emissione radiatori fancoil rappresentante il punto di connessione tra il modello matematico dell edificio e il layout di impianto J Layout Impianti HP Collettori Caldaia Fotovoltaicc Agenzia nazionale per le nuove tecnologie l energia e lo sviluppo economico sostenibile Orario Funzionamento Giornaliero Giorni Festivi Annui Seleziona IMPIANTO Tradizionale Cambia Potenza Termica Nominale 50 0 KW COP Nominale 35 C 7 C 5 0 Potenza Frigorifera Nominale 40 0 KW EER Nominale 35 C 7 C 4 0 SISTEMA AUSILIARIO PARAMETRI ACCUMULO Potenza Nominale Sistema Ausiliario 100 0 KW Rendimento Nominale Sistem
74. ioni standard Il A0 pu essere valutato tramite l equazione D A0 1 c potenza termica della pompa di calore J Hh la portata del fluido termovettore nel condensatore Kg s Cw eil calore specifico del fluido termovettore J Kg K Poich la differenza percentuale tra 11 COP calcolato secondo la 3 ed 11 COP corretto minima ma la sua stima implica un notevole incremento nel processo di calcolo la correzione dovuta al stata trascurata nell implementazione del modello in ODESSE Analogamente a quanto fatto nella valutazione della potenza termica s1 confrontano 1 valori di COP ottenuti dall applicazione dell algoritmo con quelli forniti dal costruttore VARIAZIONE COP 8 T mandata 35 C Temperatura esterna C COP produttore COP teorici normativa Errore 6 07 COP XL 10 i 5 715 561 2 7 T 716 0 5 2040 10 5 0 T 10 15 T esterna C COP produttore COP teorici normativa Figura 21 COP in condizioni di esercizio Dati produttore Vs Dati teorici Temp di mandata 35 C VARIAZIONE COP T mandata 45 C Temperatura 4 esterna COP produttore COP teorici normativa per COP 30 9 0 7 10 15 T esterna C COP produttore COP teorici normativa Figura 22 COP in condizioni di esercizio Dati Produttore Vs Dati teorici Temp di mandata 45 C Per ricavare 11 COP
75. kspace2 To Workspace Display carico estivo carico elettrico carico elettrico carico invernale Display Integratori Kwh6 To Workspace To Workspace5 File climatico per la determinazione dell umidit esterna Il generatore dei dati climatici NWG implementato in ODESSE e sviluppato nel corso delle annualit precedenti Report RSE 2009 188 poich manchevole di dati relativi all umidit stato integrato con il profilo dell anno climatico medio generato grazie alla definizione di un algoritmo utile a prevedere 11 valore orario del contenuto di vapore presente nell aria esterna nel corso delle attivit previste dall accordo di collaborazione tra il Dipartimento DREAM dell Universit di Palermo ed ENEA come riportato nel Report RdS 2010 259 Per descrivere in termini di condizioni climatiche e in maniera quanto pi esaustiva l intero parco nazionale sono state individuate 13 citt rappresentative delle quali 81 disponeva una quantit di dati tali da poterle considerare La scelta stata fatta in maniera tale che per ognuna delle fasce climatiche fossero considerate citt che s1 avvicinassero per numero di Gradi Giorno sia ai valori estremi delle fasce che ad un valore intermedio per ognuna come si evince dalla tabella riportata nella Figura 19 I grafici di seguito alla tabella riportano gli andamenti medi giornalieri dell umidit per le citt considerate 0 600 568
76. limitata di edifici a uso uffici 81 evince la possibilit di definire delle classi di appartenenza degli edifici caratterizzate da un comune carico elettrico medio normalizzato Naturalmente per la definizione pi dettagliata delle classi di appartenenza necessario sia incrementare 11 campione degli edifici monitorati sia acquisire pi anni di consumo elettrico in modo che si possano mediare le fluttuazioni dei consumi dovuti al comportamento aleatorio degli occupanti 3 Attivit svolta in collaborazione con I Arch Gabriella Azzolini Diagramma di carico medio giorni feriali edificio 2 edificio 3 edificio 5 rr C a edificio 4 0 00 O 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213 1415 16 17 18 19 20 21 22 23 Figura 51 carico elettrico medio feriale mese novembre normalizzato rispetto alla potenza massima annua 6 Conclusioni Le attivit condotte nel corso della presente annualit e descritte nei precedenti paragrafi concludono la fase costruttiva della struttura del software ODESSE In particolare pur lasciando inalterato rispetto all anno precedente 11 modello che simula 1 comportamento dell edificio sono state apportate delle modifiche alla determinazione delle resistenze delle intercapedini d aria e della capacit termica dell involucro al fine di migliorare ulteriormente la determinazione del carico sensibile e della temperatura interna a tale scopo
77. mensionare 1 singoli componenti che costituiscono la configurazione impiantistica inserendo esclusivamente 1 dati di targa reperibili facilmente dalle schede tecniche fornite dai costruttori 12 Layout Impianti HP Collettori Caldaia Fotovoltaico Agenzia nazionale per le nuove tecnologie l energia lo sviluppo economico sostenibile 1 7 Orario Funzionamento Giornaliero Seleziona GiorniFestivi Annui Seleziona a PA Fotovoltaico MPIANTO HP Cambia Potenza Termica Nominale 50 0 KW COP Nominale 35 C 7 C 5 0 Potenza Frigorifera Nominale 40 0 KW EER Nominale 35 C 7 C 4 0 IMPIANTO COLLETTORI Cambia Temperatura Accumulo Max 90 0 Area Collettore 2 276 m Numero Collettori 12 0 Portata test 170 0 Portata nominale 120 0 Efficienza 0 796 Coefficiente di perdita termica a1 3 85 W m K Coefficiente di perdita termica a2 0 0083 W m K Numero Collettori in serie 4 0 Inclinazione Collettori 0 0 Azimut Collettori 0 0 SISTEMA AUSILIARIO PARAMETRI ACCUMULO Cambia Collettori Solari Potenza Nominale Sistema Ausiliario 100 0 KW 2 i 4 II 2 Avanti 1 Chiudi Figura 46 ODESSE interfaccia utente layout ibrido Il sistema di controllo che gestisce il layout di impianto svolge una doppia funzione azionare
78. mento di divulgazione tecnica di soluzioni impiantistiche che non trovano ancora nel mercato un referente unico per la commercializzazione e che necessitano quindi di una figura capace di metterle a sistema es il solar cooling 11 DEC sia in configurazione solare sia in configurazione ibrida sistemi trigenerativi ecc Nei seguenti paragrafi descritto nel dettaglio l implementazione dei singoli layout di impianto all interno della piattaforma di simulazione 2 2 Impianto di distribuzione dell energia termica e frigorifera A ciascun layout impiantistico implementato in ODESSE mantiene associato un proprio impianto di distribuzione del calore e dell energia frigorifera la cui implementazione in Simulink stata effettuata utilizzando sia modelli gi sviluppati e validati nel corso delle precedenti annualit accumulo termico sia nuovi modelli disponibili nelle librerie del toolbox Simbad fancoil radiatore ventilatore In particolare in tabella 1 sono riportati 1 principali modelli che costituiscono il blocco simulink relativo al 1 sistema di distribuzione La regolazione della potenza erogata dai terminali affidata a un controllo a rel implementato nel blocco termostato il quale provvede ad azionare la pompa di circolazione dei radiatori o la ventola del fancoil quando la temperatura interna dell edificio scende sotto il valore di riferimento 20 in inverno In tal modo il terminale inizia a erogare potenza
79. modelli la loro verifica e messa a sistema In particolare sono stati impiegati 1 modelli del motore a combustione interna Report RdS 2010 227 e assorbitore report RdS 2011 x sviluppati dal Politecnico di Torino integrandoli con 1 modelli di microturbina accumulo termico caldaia sistema di distribuzione ed edificio sviluppati da nel corso della presente attivit e durante le precedenti annualit Report RdS 2010 251 Lo sviluppo del sistema di controllo ad alto livello gestisce l accensione del motore e dell assorbitore in funzione della stagionalit inverno estate oltre a regolare le temperature di target degli accumuli termici 51 riporta di seguito a titolo di esempio un grafico che mostra l andamento della temperatura interna di un edificio ubicato a Roma costituito da 7 piani per una totale superficie riscaldata di 5481 mq climatizzato durante la stagione invernale da unmotore a combustione interna da 105 kWe e caldaia di backup da 200kWt durante la stagione estiva da un assorbitore da 100 e un chiller elettrico di backup da 120 kWf La potenza termica e frigorifera distribuita all interno dell edificio con 130 fancoil e da un accumulo termico da 5 mc e Temperatura C Figura 42 temperatura interna ed esterna dell edifico climatizzata con l impianto di trigenerazione L impianto riesce a mantenere la temperatura interna nel range prossimo 20 per l inver
80. mplica l attivazione del solar cooling Ovviamente sar possibile attivare un unica soluzione impiantistica L utilizzo dell interfaccia utente associata a ciascun layout preconfigurato consente di dimensionarne 1 principali componenti oltre a programmarne uno schedule di funzionamento orario e settimanale in funzione del profilo di utilizzo dell edificio molto utile per gli edifici uso uffici gt ODESSE Optimal DESign for Smart E File Action DataBase Help Credits General Data Vertical Closures Horizontal Closures Plant Layout Traditional Layout Gas Burner and Heat Pump Following Type Thermal COMBINED COOLING HEATING and POWER 1 SOLAR DEC DESICCANT COOLING Configure Type ICE 1 4 configure Wheel Silica gel Following Type Thermal ini Configuration Type Traditional HEAT PUMP SOLAR COOLING Layout with Heat Pump Solar Cooling with Solar Collectors and Photovoltaic 7 Solar Collectors and Absorption Chiller Italian National Agency for New Technologies Energy and Sustainable Economic Development gt I LLLLLLLEOEOE m lt Figura 11 ODESSE interfaccia utente per la scelta della configurazione impiantistica In questo modo ODESSE si candida ad essere non solo un software per la valutazione rapida di mix energetici Innovativi ma anche uno stru
81. mulo ACS Accumulo termico ACS pompa di calore Funzione secondaria funzionamento invernale Produzione ACS funzionamento estivo Sistema di distribuzione Fornisce la potenza termica o frigorifera all edificio in funzione del tipo e del numero degli elementi terminali scelti e delle condizioni a contorno temp ambiente temp accumulo termico Controllo in Valutazione domanda e relativa attivazione degli impianti Controllo out Valutazione delle performance dei componenti attivati dal controllo in e relativo secondo livello di attivazione Output energetici Valutazione dei principali indici di performance economici impiantistici su base oraria COP EER Potenza termica e frigorifera generata dalla pompa di calore Carico termico temperatura dell accumulo calco e freddo temperatura interna dell edificio Costo dell energia elettrica e gas consumato guadagno dall energia elettrica prodotta da FV incentivazione compresa Partendo dall analisi e validazione dei modelli sviluppati nel corso dell annualit corrente e in quelle precedenti stata definita una reale configurazione impiantistica indicata di seguito con 1 relativi collegamenti per la messa a sistema dei componenti sopra indicati e la loro integrazione con la piattaforma di Simulazione ODESSE 51 riporta di seguito l immagine dell interfaccia utente il layout ibrido implementata in ODESSE con la quale possibile di
82. no ea 26 C per il periodo estivo anche durante le ore serali e 1 fine settimana non essendo stato programmato uno schedule di spegnimento per il caso in esame 2 5 Layout Desiccant Cooling DEC ODESSE consente di simulare complesse tecnologie per il trattamento dell aria e la climatizzazione degli edifici come il sistema Desiccant Cooling basato sull utilizzo di un rotore adsorbente capace di deumidificare adiabaticamente l aria esterna da trattare grazie alla sua struttura a nido d ape contenete gel di silicio Nella seguente tabella sono riportati 1 principali modelli che compongono il layout desiccant cooling implementato in Simulink II modello della ruota essiccante e l integrazione con i componenti che costituiscono 11 sistema DEC sono stati ampiamente sviluppati durante la corrente Report RdS 2011 x e le precedenti annualit dal Dipartimento Energia dell Universit di Palermo come riportato nei precedenti report Report RSE 2009 78 Report 2010 259 La costruzione di un unico sistema edificio 1mpianto in ODESSE ha implicato comunque l analisi di tali modelli e la loro verifica e messa a sistema con il modello di edificio sistema di distribuzione e generatore di dati climatici sviluppati da ENEA nel corso della presente attivit e durante le precedenti annualit Report RdS 2010 251 II modello DEC svolge le funzionalit di un sistema tutt aria per l edificio climatizzando l ambiente e mantenendo le condizioni di
83. o quando il segnale commuta al valore 1 gt 4 5 C gt Eg A xdat y Constant ydat profilo di accensione schedule clock Gain1 secondidi simulazione Constant Ore di funzionamento 1 Product x gt secondi di simulazione Integratori Gain2 L3 Product2 Scope5 Profilo di accensione 2 5 o H Switch5 on HP inv From EST Readv 100 ode Figura 35 Particolare del blocco profilo di accensione All interno del blocco HEATING sono implementati 1 modelli della caldaia e pompa di calore funzionamento invernale e integrati con 1 modelli del sistema di distribuzione gt uA gt 2 b 6400 89 898 2 b m Figura 36 Particolare del blocco HEATING Il parametro TypeHEAT definito nel file di inizializzazione TRADIZIONALE m un vettore a due componenti 1 cui valori 0 1 attivano o inibiscono mediante la funzione enable di Simulink il blocco pompa di calore il blocco caldaia in funzione della sorgente scelta dall utente La potenza termica generata dalla sorgente calda mantiene alla temperatura di set point l accumulo termico del sistema di distribuzione All interno del blocco COOLING implementato il modello della pompa di calore in funzionamento estivo e del sistema di distribuzione quest ultimo
84. pari al 60 Nella seguente figura rappresentato lo schema in Simulink del modello caldaia tradizionale come sopra descritto Tref m ai gt TtoFanC Enable Pot gt 50kWt Pt_TRA Potenza nominale caldaia 4 s gt Pt TRA u ia n re I gt TtoFanC bil ET P_cald Potenza Caldaia kW W PID Pot 50kW Goto 1 Schedule 1 0 92 m Rendimento Pot gt 50kWt Transport 1 gt m Delay 1 gt 5 uct 2 Integrator kWh caldaia P Volume gas Sm3 TR M Switch 2 Divide 2 jTemperature 1 6 ut A 2 f Rendimento Pot 50kWt fen us kWhSm3 gas naturale ud 9 Termostato R ON Switch On_off _caldaia 0 Figura 29 schema simulink caldaia tradizionale 51 elencano di seguito 1 parametri input e output che caratterizzano il modello della caldaia tradizionale Parametri o Potenza termica utile in condizioni nominale o Temperatura di set point dell accumulo termico posto a valle Input o Temperatura
85. parit di temperatura esterna ma a diverse temperature di sorgente calda 51 calcola in successione il rendimento di secondo principio rispetto a due di riferimento 35 C e 45 C con temperatura dell aria esterna 01 pari a 7 C Il rendimento di secondo principio da COP definito come COP 273 15 1c 6 Applicando la definizione alle due temperature di riferimento 51 ha m1 35 5 35 273 15 35 7 0 46 Interpolando il calcolo del rendimento 11 si valuta per tutte le condizioni intermedie per 0f 3 9 Mas 0 47 45 7 TG 0 46 0 47 0 468 3 5 4545 Reiterando il procedimento per tutti 1 valori di 01 e all interno dei limiti di funzionamento della macchina si ottengono 1 valori del COP per tutte le condizioni di temperatura esterna e di mandata In particolare dai grafici relativi al confronto con 1 dati forniti dal produttore alle temperature di mandata rispettivamente di 40 C e 50 C riportati di seguito si evince come discostandosi dalle temperature di riferimento gli errori percentuali risultano confrontabili con 1 confronti effettuati alle condizioni di riferimento 35 C 45 C 7 00 600 500 4 00 3 00 2 00 1 00 0 00 Variazione del COP in funzione della T esterna confronto dati teorici e reali 40 COP compressore dati produttore 3 34 3 75 4 42 4 63 5 19
86. re diretta incidente pu essere scritta in funzione del tempo mediante relazioni trigonometriche in cui compaiono diversi angoli oltre a quelli gi visti angolo fra il piano orizzontale e quello considerato inclinazione del piano angolo di incidenza della radiazione diretta misurato fra la direzione di propagazione della radiazione e la normale alla superficie 51 definisce anche 9 angolo zenitale cio l angolo che la radiazione diretta forma con la verticale da cui si pu calcolare l altitudine solare che corrisponde angolo che la radiazione diretta forma con l orizzontale e risulta 90 0 Alcuni di questi angoli si possono vedere nello schema in Figura In Figura invece sono riportati esempi di diagramma polare e quello cartesiano per Roma Latitudine 41 53 Longitudine 12229 I diagrammi riportano le traiettorie del Sole in termini di altezza e azimut solari nell arco di una giornata per pi giorni dell anno I giorni uno per mese riportati rispettano la seguente condizione la declinazione solare del giorno coincide con quella media del mese Nel riferimento polare 1 raggi uniscono punti di uguale azimut mentre le circonferenze concentriche uniscono punti di uguale altezza Qui le circonferenze sono disegnate con passo di 10 a partire dalla circonferenza pi esterna altezza 0 fino al punto centrale altezza 90 Invece nel riferimento cartesiano gli angoli azimutale e dell
87. re proiettate da occlusioni diverse ed stato inteso in questo contesto come parte di un programma pi vasto che valuta le prestazioni energetiche di un edificio e le condizioni di comfort interno in funzione delle caratteristiche dell edificio stesso delle condizioni climatiche e appunto del grado di esposizione alla radiazione solare dell involucro dell edificio Il programma consente di valutare ora per ora in ogni giorno dell anno le ombre proiettate sulle diverse facciate di un edificio o su parti di esse Gli edifici circostanti e 1 componenti edilizi che costituiscono le occlusioni possono avere piante di forma qualsiasi purch 1 lati siano paralleli o ortogonali tra loro e le dimensioni delle occlusioni possono essere qualsiasi come pure le distanze Una ulteriore limitazione riguarda le coperture che nella versione attuale devono essere piane non sono valutabili cio coperture a falde o curve Queste limitazioni saranno superate in un eventuale futuro aggiornamento del sistema 1 3 2 Il percorso del sole Preliminarmente ad ogni studio delle ombre il programma deve determinare per la localit in oggetto la posizione del sole in funzione del tempo Tale posizione definita dagli angoli F angolo azimutale cio deviazione della normale alla superficie dal meridiano locale zero se la superficie orientata verso l equatore positivo verso est negativo verso ovest altezza del sole sul piano oriz
88. rifiche 1 quattro vettori prima definiti devono descrivere le sole ombre interessanti la facciata Questo ottenuto mediante due accorgimenti porre un valore 0 nel vettore P per quei punti che individuano zone d ombra sicuramente non interessanti la facciata modificare le coordinate X e Y dei punti che risultano esterni alla facciata ma individuano ombre che interessano sia pure parzialmente la facciata stessa In Fig 5 riportato un esempio ove eliminato ed il punto 2 dell occlusione perch interno all ombra Questo significa che nel vettore in corrispondenza di questi cinque punti viene posto 1 valore zero Le coordinate dei restanti punti 1 3 e 4 dell occlusione vengono modificate cos da rappresentare 1 punti 1 3 e 4 Al termine dei controlli cio degli otto punti iniziali solo tre e modificati restano a definire l ombra sulla facciata OCCLUSIONE 4 1 7 FACCIATA Figura 5 Esempio di occlusione Dall esempio si evince l importanza informazione circa il tipo di vertice e l occlusione di provenienza per operare tutti 1 controlli e le modifiche accennate Determinazione del contorno dell ombra risultante da pi occlusioni Finora le occlusioni sono state trattate una alla volta e le ombre corrispondenti sono state confrontate con la facciata Al termine di questa fase i quattro vettori 4 G YG per 1 che varia da 1 4xNO sono stati modificati in modo da escludere i pun
89. rol Daily Operation Schedule Select Annual Holidays Schedule Select POLITECNICO DI TORINO Nominal Electrical Power 105 0 KW PLANT ENGINE PARAMETERS ENERGY CALCULATIONS Nominal Electrical Efficiency 0 372 Select Nominal Percentage Off Engine 30 0 96 Stoichiometric dosage of Natural Gas 17 2 ECONOMIC CALCULATIONS Select Engine Water Limit Temperature 107 0 Engine Cooling Water Flow 3 972 kg s Water Exhaust Heat Exchanger User Water Flow 5 0 kg s Exhaust Fumes Heat Flow 1 2 kJ kg K Thermal Storage Natural Gas Water Water Exchanger Efficiency 0 72 Water Fumes Exchanger Efficiency 0 72 AS BURNER BACK UP TANK PARAMETERS Change Engi Limit Tank Temperature 95 0 Water Water Tank Setting Temperature 70 0 Heat Exchanger Gas Burner Gas Burner Nominal Power 100 0 kW Working layout of Combined Heat and Power with Internal Combustion Engine v with Thermal Control Run Simulation Close Potenza termica frigorifera all edificio Subtract Figura 41 schema simulink layout trigenerativo layer principale La costruzione del layout trigenerativo in ambiente simulink ha implicato l analisi dei precedenti
90. rtato lo schema in simulink con 1l quale viene calcolato ad ogni time step 1l carico termico latente medio dell edificio a den per evitare la divisione per 0 u 1 u 2 u 3 u 4 u 5 u 1 u 6 1 DA 1 1 2 Xaria interna edificio u 1 u 2 1 293 273 u 3 273 Qinf Kg h n 1 1 n u 3 6 2500 Qvap Kg h amp E a a 5 8 2 o o 5 v Figura 9 schema simulink calcolo del carico latente 2 Layout impiantistici 2 1 Premessa Nel presente capitolo descritta l attivit di costruzione di layout di Impianto caratterizzati da mix energetici complessi e soluzioni tecnologicamente avanzate a servizio delle utenze termiche ed elettriche dell edificio simulato In particolare dopo aver definito le soluzione impiantistiche che l utente potr simulare all interno della piattaforma ODESSE sono stati integrati 1 modelli matematici dei singoli componenti sviluppati nelle precedenti annualit necessari a riprodurre le prestazioni energetiche del sistema edificio impianto su scala oraria mensile e annuale nelle condizioni pi prossime a quelle reali In particolare 1 layout di impianto sviluppati sono 1 sistema tradizionale pompa di calore elettrica e caldai
91. sca Fancoil Cooling Dry Regime Ar 211 zx 4 Temperature Relative Humidity Cooling Air Mass flow rate kg s Water Temperature C Water Heat Mass flow rate kg s Parametri Accumulo Acqua Calda Sanitaria Volume Accumulo 3 Temperatura Acqua in Ingresso C 15 Temperatura Sicurezza Accumulo C 95 3 Produzione da cogenerazione Temperatura Acqua in Uscita C 65 Trasmittanza Termica involucro mr Fattore di forma 0 3 Potenza Termica Utile Caldaia Separata kW 10 D P 4 Simulation Close Figura 14 ODESSE interfaccia utente sistema di distribuzione 2 3 Layout tradizionale II layout tradizionale prevede l utilizzo di tecnologie consolidate e diffuse sul mercato la climatizzazione invernale ed estiva dell edificio In particolare la configurazione in Simulink del sistema edificio Impianto comprende 1 seguenti principali modelli Elemento Edificio Calcolo del carico termico ed elettrico per gli impianti NWG weather Fornisce 1 dati di radiazione e temperatura ambiente generator per il calcolo dei carichi e delle prestazioni degli impianti accumulo termico Accumulo termico Riscaldamento condizionamento ambienti funzionamento invernale Produzione ACS funzionamento estivo Sistema di distribuzione Fornisce la potenza termica o frigorifera all edificio in funzione del tipo e del numero degli elementi terminali scelti e delle condiz
92. scalda l aria di ripresa dall edificio prima di rimandarla alla ruota desiccant per rigenerarla note La ruota deve essere essiccata da un flusso uscente di aria calda a circa 60 C bizona ai mandata calda di riscaldamento dell aria di ripresa RSE 2009 61 Caldaia di integrazione Motore a combustione interna Volano termico per collettore solare Sistema di distribuzione Controllo Output energetici economici Integra la potenza termica generata dal collettore solare Produzione energia termica ed elettrica Fornisce l aria trattata all edificio regolandone sia la temperatura che l umidit Aziona e regola 1 singoli componenti del sistema distingue 1 due periodi dell anno attivando spegnendo l unit di trattamento aria Valutazione dei principali indici di performance impiantistici su base oraria COP termico elettrico Potenza frigorifera totale fornita dal sistema potenza termica fornita da ciascuna batteria calda e fredda temperatura dell accumulo calco e freddo temperatura e umidit di ogni punto caratteristico del diagramma di Mollier costo dell energia elettrica e gas consumato Configurazione alternativa al collettore solare riferimento Report RdS 2010 227 Il tool tramite una apposita interfaccia utente rappresenta uno strumento per la progettazione e il dimensionamento di sistemi DEC in ambiente ODESSE L utente infatti tramite l interfacc
93. situazione sar del tipo mostrato in Fig 6 v a h k x2 b h K y b h k y b h k y a h k x1 b h k 1 Xi 2 Figura 6 Esempio di incrocio tra rette rappresentanti il contorno dell ombra Dove le equazioni delle due rette rappresentate sono y b h k 1 y a h kx b h k 2 In questo caso con una sola retta inclinata 1 punti da inserire nel vettore del contorno sono tre quello di intersezione tra le due rette di coordinate i b h k due estremi di coordinate 1 e rispettivamente e con ordinata pari al maggiore dei due valori y b h k oppure I IX b h k per l estremo sinistro e analogamente per quello destro Se l incrocio risulta esterno all intervallo 1 programma confronta 1 valori di Y agli estremi dell intervallo stesso per capire se la retta inclinata pi alta di quella orizzontale oppure no I punti inseriti nel vettore del contorno sono in questo caso solo due cio quelli con Y maggiore In tutti gli intervalli del secondo gruppo si considera la retta 9 questo consente di definire 1 punti del contorno corrispondenti all intersezione di linee del contorno stesso con la linea di terra Al termine di questa fase il programma ha generato 1 due vettori X n e Y n che forniscono tutti 1 punti che collegati in sequenza da segmenti costituiscono 1 contorno delle zone d ombra sulla facciata Per ciascun intervallo Xn x X n 1 il
94. ssore kWe totale kWe ausiliari 96 O E 22 gt lt C lt L nd Dopo aver calcolato l incidenza percentuale degli ausiliari per ogni macchina si ottenuto 1 seguente valore medio RISCALDAMENTO Incidenza percentuale ausiliari valore medio 96 Nel implementazione del COP effettivo si tenuto conto del incidenza media sui consumi elettrici dovuti agli ausiliari come sopra calcolata Definizioni delle matrici di correzione della potenza termica e COP nominale Il procedimento sopra esposto per il calcolo del COP e della Potenza termica in condizioni operative si dimostra valido entro un range di funzionamento tipico delle macchine simulate Tuttavia tale procedimento richiede un numero di dati noti in ingresso che non sempre sono forniti dalle case produttrici Per tale motivo in questo studio si cercato di implementare una metodologia semplificata capace di valutare le prestazioni delle pompe di calore in condizioni di off design definendo delle matrici di correzione medie relative ad ogni coppia di e Of Per ognuna delle quattro pompe di calore del campione di riferimento si sono determinati 1 coefficienti correttivi del COP nominale Potenza termica fornita e EER ad ogni condizine operativa 00 e 0 In particolare per la valutazione delle matrici correttive COP si procede nel seguente modo 1 Si calcolano per ogni macchina 1 coefficienti correttivi fr come 1 rapporto tra 11 CO
95. stagionale di un impianto di co trigenerazione di piccola taglia a servizio di una utenza reale edificio e connesso in parallelo con la rete elettrica In particolare la configurazione del layout in Simulink comprende 1 seguenti principali modelli NWG weather generator Caldaia di integrazione Caldaia ACS Motore a combustione Produzione energia termica ed elettrica interna Microturbina Assorbitore Accumulo termico Calcoli energetici Calcoli economici Simula in regime dinamico il carico termico e stima il carico elettrico orario e la richiesta di ACS dell edificio Fornisce 1 dati di radiazione e temperatura ambiente per il calcolo dei carichi termici e delle prestazioni degli impianti Integra la potenza termica del cogeneratore durante 1 picchi di carico Produzione ACS per impianti autonomi Produzione energia termica ed elettrica a servizio dell edificio simulato Accumulo termico Riscaldamento condizionamento ambienti Accumulo ACS Accumulo termico per ACS Sistema di distribuzione Fornisce la potenza termica o frigorifera all edificio in funzione del tipo e del numero degli elementi terminali scelti e delle condizioni a contorno temp ambiente temp accumulo termico Aziona il blocco cogenerazione inverno 0 trigenerazione estate schedula il funzionamento orario giornaliero e settimanale dell intero sistema gestisce il set point di temperatura dell accumulo termico in funzione
96. stata anche definito l algoritmo che permette di calcolare l effettiva schermatura della radiazione solare incidente sulle superfici finestrate generata dalle ombre proiettate da edifici vicini o da aggetti orizzontali Inoltre per completare l informazione sul carico termico dell edificio stata introdotta l equazione in regime stazionario per la determinazione del carico latente in funzione delle condizioni di riferimento desiderate dall utente profili di affollamento dell edificio e delle condizioni termo igrometriche dell aria di infiltrazione e ventilazione A tal proposito stato completato 11 file climatico integrando 11 generatore dei dati meteo NWG gi implementato in ODESSE nelle annualit precedenti con 1 dati orari relativi all anno climatico medio dell umidit esterna definita per 13 localit rappresentative delle fasce climatiche nazionali Particolare attenzione stata dedicata alla costruzione e all integrazione all interno della piattaforma ODESSE di layout di impianto preconfigurati caratterizzati da mix energetici complessi e soluzioni tecnologicamente avanzate dando all utente la possibilit di effettuare realmente le simulazione del sistema edificio 1mpianto In particolare sono stati implementati e integrati 1 seguenti layout di impianto 1 sistema tradizionale pompa di calore elettrica e caldaia tradizionale e condensazione 2 sistema co trigenerativo con motore a combustione interna d
97. ta frigorifera dell edificio viene comandata l accensione della macchina a compressione che integra la produzione di potenza frigorifera COLLETTORI CPC Weather guadagno persone guadagno illuminazione Ttank_c ACCUMULO CALDO CONTROLLO _INVERNO ut guadagno app elettriche vent inf Qaux EDIFICIO Tamb Tam From2 P th in ass Tsim Rh F rom Workspace MACCHINA AD ASSORBMENTO Figura 48 Schema in simulink del layout Solar Cooling I parametri caratteristici del modello sono in parte selezionabili dall utente in parte dipendono dalle scelte eseguite dall utente stesso per esempio scelto 1 modello il numero e le dimensioni del collettore solare saranno fissati 1 parametri relativi agli angoli di correzione longitudinale e trasversale le portate etc Di seguito l elenco dei parametri che pu impostare l utente COLLETTORI SOLARI TIPO ETC area singolo modulo m numero moduli temperatura massima di utilizzo C percentuale di glicole in soluzione coefficienti caratteristici totali dei collettori
98. termica all edificio con una efficienza che dipende dalla temperatura e portata dell aria ambiente e dalla temperatura dell acqua di ingresso coincidente con la temperatura istantanea dell accumulo termico La totale potenza termica trasferita all ambiente data dal numero complessivo di fancoil presenti all interno dell edificio indicato nell interfaccia utente L accumulo termico mantenuto alla temperatura di riferimento dall impianto scelto dall utente caldaia cogeneratore pompa di calore se quest ultimo risulta essere sottodimensionato rispetto alla potenza erogata istantaneamente dai terminali fancoil radiatori la temperatura dell acqua all interno del accumulo s1 abbassa con la conseguente perdita di efficienza del sistema di emissione e la riduzione di temperatura all interno dell edificio rispetto alle condizioni di comfort termico Tabella 1 Principali modelli che costituiscono il sistema di distribuzione della potenza termica in ODESSE Elemento note Radiatore Trasferisce potenza termica all edificio Simple Static Cooling presente nella libreria Coil all edificio Coils del tollbox Simbad Simple Static Heating presente nella libreria Coil all edificio Coils del tollbox Simbad Fan Simula la ventola del fancoil Rappresenta l attuatore del fancoil Termostato Aziona 1 radiatore o la ventola del fancoil in Implemnta un comando funzione della temperatura interna rel per evitare continui
99. ti non interessanti 22 00 oppure per riportare l ombra al contorno della facciata modifiche di X Il passo successivo l ordinamento dei quattro vettori che sono ora limitati ai punti per cui 0 Quindi l indice 1 varia ora da 1 al numero di punti non eliminati L ordine tale che 1 corrisponda al valore massimo di X e 1 valori successivi di p corrispondano ai valori ordinati e decrescenti di X Per valori uguali di X l ordine dato dal valore di Y sempre in ordine decrescente 51 tratta ora di considerare contemporaneamente tutte le ombre prodotte dalle varie occlusioni e definire 1 contorno delle zone d ombra data dall inviluppo delle singole zone d ombra ora per ora L ombra risultante data dalla sovrapposizione delle ombre dovute alle singole occlusioni Per far ci il programma considera due gruppi di intervalli in cui 81 pu pensare suddiviso 11 tratto dell asse X che costituisce la base della facciata Il primo gruppo costituito dagli intervalli di X compresi tra due punti della stessa occlusione e come detto per ogni occlusione si hanno al massimo due intervalli gli intervalli del primo gruppo sono quindi contraddistinti da due indici 11 primo h che pu assumere 1 valori 1 2 ed il secondo k che indica l occlusione Il secondo gruppo dato dagli intervalli di X compresi tra due punti successivi del vettore 1 ordinato come detto Gli intervalli del secondo gruppo possono coinci
100. tini F Ceravolo M De Felice B Di Pietra F Margiotta S Pizzuti G Puglisi ENEA Report RSE 2009 188 circola in essi Tout_cpc la potenza prodotta dal campo solare Questa confluisce nell accumulo caldo per riscaldare l acqua in esso contenuto al valore richiesto dal sistema di emissione in inverno e dalla macchina ad assorbimento in estate All accumulo confluisce anche l energia prodotta dalla caldaia Qcald che integra la produzione del campo solare durante la fase di riscaldamento e quella di raffrescamento nei periodi in il campo solare non consente all acqua dell accumulo di raggiungere 1 valori richiesti Quest ultimo caso determinato dalla caratteristica della macchina ad assorbimento che produrre l effetto utile necessita di acqua in ingresso al valore nominale di circa 90 C pu funzionare anche con valori inferiori ma la sua resa diminuisce Durante la fase invernale di riscaldamento l acqua dell accumulo viene prelevata per alimentare 1l sistema di emissione che pu essere costituito da elementi radianti tradizionali radiatori ventilconvettori o pannelli radianti la selezione della tipologia scelta effettuata dall utente tramite interfaccia in particolare l utente sceglier per ciascuna tipologia 11 numero di elementi radianti la potenza differenziandola se previsto per riscaldamento e raffrescamento Nella fase di raffrescamento l accumulo ha la funzione di sorg
101. to a valle Input Temperatura a bulbo secco dell aria esterna Temperatura di mandata coincidente con la temperatura dell accumulo termico Schedule orario On Off settato da interfaccia utente Schedule settimanale On Off settato da interfaccia utente output Potenza termica generata COP effettivo Effettiva potenza elettrica assorbita Per il funzionamento estivo figura 9 con l utilizzo delle due lookup table sono state implementati la matrice dei coefficienti di correzione 11 dell EER nominale l EER di riferimento al variare del livello di parzializzazione e della temperatura dell acqua di mandata e della temperatura dell aria esterna secondo la UNI TS 11300 3 La pompa di calore parzializza 1 priorpio punto di lavoro in funzione della differenza tra il valore della temperatura di mandata reale e il valore di riferimento 1 5 00 5 yvy y 3 T u Display u3 n1 ARIA ACQUA EA 4 Tref ccol HP o VV Out1 Out2 1 gt 34 Lookup Table Subsystem Display 2 costante switchCarico Switch Display 5 EER 35 7
102. tore Vs Dati teorici Temp di mandata 40 C Variazione potenza termica in funzione della temperatura esterna con T mandata 50 Potenza termica KW Potenza terrmica produttore KW 45 50 47 50 53 30 55 80 62 20 Potenza terrmica teorici KW 42 70 44 44 80 41 55 77 temp Esterna C Figura 20 Potenza termica generata Dati Produttore Vs Dati teorici Temp di mandata 50 C Applicando l equazione 2 otteniamo la potenza termica al variare della temperatura di mandata per ogni valore assunto da 01 temperatura esterna Consideriamo ad esempio il caso in cui la temperatura esterna di 0 C si ha 45 9 KW 46 7 KW 6 0 46 7 0 8 45 2 35 c K Procedendo in questo modo per tutti 1 valori di temperatura esterna che rientrano nel range di funzionamento della macchina e per le diverse possibili temperature di mandata 81 ottiene la potenza termica tutti 1 valori di temperatura di mandata di 01 temperatura esterna come riportato nella seguente tabella VARIAZIONE DELLA POTENZA TERMICA PER POMPA DI CALORE CAMPIONE 1 T esterna 39 6 40 7 41 8 42 9 43 9 45 0 46 1 47 2 48 3 49 3 50 4 51 5 52 6 53 6 54 7 55 8 56 9 58 0 59 0 60 1 61 2 39 6 40 7 41 7 42 8 43 9 44 9 46 0 47 4 48 2 49 2 50 3 51 4 52 4 53 5 54 6 55 7 56 7 57 8 58 9 59 9 61 0 39 5 40 6 41 7 42 7 43 8 44 9 45 9 47 0 48 1 49 1 50 2 51 2 52 3 53 4 54 4 55 5 56 6 57 6
103. tre ad acquisire nuove misure reali l obbiettivo principale dell attivit stato quello di definire una metodologia di indicizzazione univoca dei carichi elettrici monitorati partendo dall osservazione dei parametri caratteristici dell edificio superficie utile totale profilo di utilizzo numero di occupanti dalla potenza contrattuale e suo coefficiente di utilizzo L individuazione di una indicizzazione dei consumi univoca del campione monitorato rende gli edifici confrontabili e consente di definire un carico medio orario adimensionalizzato da poter implementare in ODESSE per la ricostruzione dei reali consumi elettrici degli edifici uso uffici simulati Come primo passo per il raggiungimento di tale obiettivo stato selezionato un campione costituito da 5 edifici eterogenei indicati di seguito e accomunati dalla stessa destinazione d uso dei cinque edifici tre sono in corso di monitoraggio strumentale da parte di ENEA da alcuni anni Densit affollamento Potenza massima kW superficie utile mg n persone n pers mq 30 0 09 Edificio 1 3360 0 Edifido2 27 838 1143 004 Si riporta di seguito l andamento orario del carico elettrico riferito al mese di novembre indicizzato rispetto alla potenza massima prelevata durante l anno per ciascuno edificio del campione esaminato Da una prima analisi dei carichi elettrici normalizzati come riportato nella figura seguente anche se rappresentante una casistica
104. una interfaccia simile possibile inserire un profilo orario di ricambio d aria per la ventilazione e l infiltrazione 1 5 Calcolo del carico termico latente dell edificio AI fine di definire il carico termico latente medio dell edificio viene calcolato per ogni time step di simulazione le condizioni di riferimento dell umidit assoluta in funzione dell umidit relativa di comfort impostata dall utente e della reale temperatura interna Per il calcolo dell umidit assoluta stato utilizzato 11 blocco psicometrico della libreria Simbad di Simulink il cui modello matematico sviluppato in accordo a quanto riportato dall ASHRAE fundamentals al capitolo 5 ed 1993 SI riporta di seguito lo schema simulink per il calcolo delle condizioni psicometriche di riferimento Troom C pe X kg kg umidit relativa di riferimento umidit assoluta di riferimento Pressione atmosferica pa Figura 8 schema simulink calcolo umidit assoluta di riferimento Il carico latente istantaneo valutato per ogni time step di simulazione come il bilancio tra l apporto di vapore generato da sorgenti di interne l apporto di aria deumidificata tramite sistema UTA se presente e infiltrazioni di aria esterna In termini di potenza termica latente il bilancio scritto nella seguente forma Q lat Qint Qinf Qvent Qint calcolata considerando l
105. utput energetici Output energetici economici economici Il modello stato sviluppato in ambiente Matlab Simulink ed riportato nella figura seguente in 81 possono evidenziare 1 blocchi relativi al funzionamento invernale nelle diverse gradazioni di rosso arancio quelli relativi al funzionamento estivo in blu azzurro 11 modello del collettore e quello dell edificio Nella realt la distinzione fra funzionamento invernale e funzionamento estivo non netta in quanto 1 sistemi di distribuzione emissione e controllo l accumulo caldo la caldaia e il campo solare sono comuni e vengono utilizzati sia per riscaldare sia per raffrescare La scelta di duplicare alcuni componenti quindi dovuta solo a motivi di implementazione sottware e consente di semplificare la gestione del modello Il modello di collettore solare del tipo a tubi sotto vuoto e riceve i dati di ingresso dal generatore Dici meteo denominato Neural Weather Generator in uscita fornisce la temperatura della soluzione che II modello usato stato sviluppato dal Politecnico di Milano ed descritto nel report Modelli simulink per la simulazione dei moderni impianti di solar cooling collettori e chiller Aprile 2009 L Pistocchini L Colasuonno M Aprile Report RSE 2009 61 2 La descrizione del modello inserita nel report Sviluppo dell ambiente di progettazione Optimal DESign for Smart Energy ODESSE Aprile 2009 I Ber
106. zontale calcolati in funzione della latitudine della localit ora per ora e mese per mese mediante le espressioni Sina 0050 cos w sing sin cos sinw 2 dove o la latitudine positiva se nord l angolo orario preso zero a mezzogiorno solare e pari a 15 per ogni ora negativo verso Est positivo verso Ovest la declinazione posizione angolare del sole rispetto al piano dell equatore a mezzogiorno solare positiva verso nord data da 284 23727 sin 360 365 con n il giorno dell anno Il calcolo di a e viene effettuato ora per ora Vengono calcolate anche le ore dell alba e del tramonto ottenute dagli angoli orari dati da arcos tan tan Questi dati sono forniti dal Neural Weather Generator un modulo all interno di ODESSE che oltre a fornire 1 percorsi solari fornisce anche 1 dati di Radiazione e Temperatura La radiazione appunto un parametro fondamentale che deve essere messo in relazione con l ombreggiamento di una parete E composta da due componenti la radiazione diretta che proviene dal sole senza che abbia subito alcuna deviazione e la radiazione diffusa che arriva sulla superficie dopo che la sua direzione ha subito una variazione in un processo di riflessione o diffusione da parte dell atmosfera La relazione geometrica fra un piano comunque orientato rispetto alla terra la direzione della radiazione sola

Integrazione di layout impiantistici nella piattaforma di

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