partenza
Vengono qui riassunte le caratteristiche del modello edificio-impianto di partenza, determinate sulla base di quanto illustrato nei paragrafi precedenti e considerando il fatto che si è scelto di partire dal modello di edificio denominato SIM 19-12-16:
1. passo temporale di simulazione pari a 15 minuti; 2. descrizione geometrica manuale;
3. stratigrafie delle soluzioni tecniche pari a quelle di progetto ad eccezione del massetto contenente il pannello radiante, il quale è stato sostituito con uno strato fittizio dello spessore di 6,8 cm con le seguenti caratteristiche termofosisiche: λeq=1,96 W/(mK), ρeq= 1381 kg/m3 , cp= 767 J/(kgK);
4. coefficienti di scambio interni alla zona calcolati da TRNSYS ad ogni passo temporale. Coefficienti di scambio termico per la soletta inferiore e superiore im- postati rispettivamente pari a 0,17 (m2K)/W e 0,10 (m2K)/W. Come condizione al contorno per questi elementi è stata impostata la temperatura monitorata dei rispettivi piani;
5. caratteristiche dell’impianto radiante: 17 serpentine, interasse dx= 20 cm, dia- metro esterno δ= 16 mm, spessore del tubo dr= 2 mm, conducibilità del tubo λb= 0,35 W/(mK), temperatura di mandata Tin= 50°C e portata ˙m=1192 kg/h; 6. termostato: Tset= 22,5°C e bande morte di 0,5°C;
7. impianto di VMC descritto con una portata di immissione costante pari a 0,5 vol/h ad una temperatura di 18°C, come da progetto;
8. guadagni interni in anticipo di un’ora rispetto alla norma UNI/TS 11300-1; 9. chiusura degli oscuranti al superamento della soglia di 300 W/m2 sul piano della
finestra;
10. Ventilazione naturale pari a 1,5 vol/h se la temperatura esterna supera i 18°C; 11. capacità termica al nodo d’aria (5v) e Spart=258,5 m2.
Capitolo 4
Risultati
In questo capitolo vengono innanzitutto presentati i risultati del processo di calibra- zione, svolto sull’insieme dei tre appartamenti posti al secondo piano della palazzina oggetto d’esame. Successivamente viene mostrato come da uno dei modelli di edificio- impianto calibrati si è giunti alla determinazione di quattro modelli rappresentativi dell’intera stagione invernale. Una volta costruiti i modelli stagionali questi sono stati utilizzati per valutare l’impatto di una strategia di intervento.
Il lavoro si è articolato essenzialmente in quattro fasi: analisi di sensitività, combinazione di più parametri con conseguente raggiungimento di uno o più modelli calibrati, derivazione dei modelli stagionali e simulazione di una strategia di intervento. Una rappresentazione schematica di questa procedura è rappresentata in figura 4.1, in cui i riquadri tratteggiati indicano il primo step di calibrazione, vale a dire la calibrazione del solo involucro svolta da Ballabio [10], e i riquadri colorati indicano invece il lavoro svolto in questo elaborato di tesi.
Per spiegare come si è giunti alle soluzioni calibrate vengono prima presentati il caso base e i risultati ottenuti con la variazione di un singolo parametro, successivamente viene spiegato quali simulazioni, e perché, sono state combinate al fine di ottenere i modelli di ottimo.
Per evitare confusione si precisa che durante la fase di calibrazione il termine "consumo", utilizzato spesso da qui in avanti, non rappresenta l’energia in ingresso alla caldaia, piuttosto indica l’energia scambiata in ambiente dal sistema di emissione radiante. Questo perché, come illustrato nel capitolo 3, il monitoraggio dei consumi si limita all’energia termica resa in ambiente dal sistema radiante, il modello quindi si limita a trattare il terminale ambiente (pannelli radianti e bocchette per l’immissione dell’aria) senza tenere conto della rete di distribuzione e del generatore termico.
Durante la simulazione della strategia di risparmio verrà invece valutato il consumo di energia primaria totale, somma di consumi termici ed elettrici, tenendo conto delle perdite di distribuzione e dell’energia in ingresso alla caldaia attraverso opportuni rendimenti e fattori di conversione in energia primaria, come descritto nel paragrafo 3.4.3.
Analisi di sensitività ai parametri di impianto
BASE DETTAGLIATO
e* 50% e* 70% e* 50% e* 70%
Calibrazione modello di edificio in evoluzione libera sul mese di Ottobre 2017
Modelli di edificio calibrati
Simulazione di una strategia di intervento
Estensione stagionale e modellazione esplicita del recuparatore Implementazione impianto di
riscaldamento: pannelli radianti e VMC
Modelli di edificio-impianto calibrati
Modelli di edificio-impianto stagionali Analisi di sensitività ai parametri di involucro e
legati all'occupazione
Combinazione di più parametri
Modello di edificio-impianto base
Figura 4.1: Fasi del lavoro: i riquadri tratteggiati riguardano la calibrazione del solo invo- lucro, oggetto di lavoro di tesi di Ballabio [10]; i riquadri colorati indicano le operazioni svolte per la calibrazione e l’utilizzo del modello di edificio-impianto oggetto di questa tesi
4.1. Modello base edificio-impianto 0 1 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 ON/ OFF Temp er at u ra [° C] Misurato Simulato ON/OFF simulato
(a)Temperatura ambiente e attivazione impianto radiante
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 C on su mo [K Wh ] Misurato Simulato
(b) Consumo giornaliero del sistema di emissione
Figura 4.2: Risultati del modello base a confronto con le misure nel periodo 05/12 - 18/12
4.1
Modello base edificio-impianto
Il modello di edificio da cui si è deciso di partire è quello denominato SIM 19-12-16 (tabella 3.5). Il modello di edificio-impianto base è caratterizzato da un valore di RMSET relativo alla temperatura interna pari a 0,70°C e da un cv(RMSEE) relativo all’energia resa dal sistema radiante pari a 91,94%. L’accordo sulla temperatura può essere considerato buono mentre l’accordo sui consumi rappresenta una situazione che si discosta molto dalla realtà. Analizzando il periodo compreso fra il 28/11 e il 18/12 il monitoraggio dei consumi restituisce un valore pari a 6,75 kWh/m2 mentre i consumi simulati sono pari a 0,73 kWh/m2. Un precedente studio [33], svolto durante il periodo Gennaio-Aprile 2017, afferma che nella palazzina oggetto d’esame il rapporto tra consumo misurato e simulato può raggiungere picchi pari a 8.
La discrepanza tra valori monitorati e risultati della simulazione è riportata in figura 4.2, in cui per ragioni di leggibilità sono riportate solo le ultime due settimane del periodo di calibrazione. Osservando l’immagine si nota come l’impianto non sia mai chiamato in causa ad eccezione dei giorni 07/12, 11/12, 14/12 e 17/12, in cui l’accensione si distingue per un repentino aumento di temperatura nelle prime ore del mattino, visibile in figura 4.2a. L’incremento di temperatura che si osserva a metà pomeriggio è invece dovuto alla presenza dei guadagni interni come riportato in figura 4.3. L’input energetico del sistema radiante è molto elevato e raggiunto il limite superiore della banda di funzionamento l’impianto si spegne, lasciando il sistema ambiente in evoluzione libera per parecchi giorni. In questa simulazione l’impianto si accende complessivamente 6 giorni su 21 con una media di 52 minuti circa di funzionamento per accensione. Sia il numero di accensioni sia la durata media sono evidentemente troppo bassi rispetto a quanto accade realmente in ambiente.
In figura 4.2a è inoltre possibile osservare che, con riferimento al profilo misurato, nelle ore centrali della giornata sembrano esserci delle dispersioni poiché la temperatura
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0
5-dic-17 6-dic-17 7-dic-17 8-dic-17 9-dic-17 10-dic-17 11-dic-17 12-dic-17
QG C ON V [kJ /h ] Tem p er at u ra [° C]
Tmisurata Tsimulata Guadagni interni
Figura 4.3: Temperatura interna e guadagni interni convettivi nella settimana 5-12 Dicembre 2017
assume valori più bassi, nonostante le condizioni esterne in quelle ore siano più favorevoli. Osservando il risultato della simulazione, quando l’impianto si accende, la temperatura interna sale molto rapidamente e rimane molto alta mostrando un andamento opposto al dato misurato. Questo può significare che il modello non tiene conto di una dispersione di energia in grado di abbassare il regime di temperatura nelle ore centrali.
Osservando le ore serali si può notare che c’è coerenza fra i picchi dei due profili; si può quindi concludere che i guadagni interni modellati con profili coerenti con la UNI/TS 11300-1:2014 descrivono in maniera soddisfacente i picchi serali, anche se talvolta sembrano sfasati di una o due ore.
Si osserva qui che la simulazione base è stata svolta senza il contributo della ventilazione naturale: infatti nella SIM 19-12-16 l’apertura delle finestre avviene quando la temperatura esterna supera i 18°C, condizione che non viene mai raggiunta nel periodo scelto per la calibrazione del sistema edificio-impianto.
Il modello base edificio-impianto da qui in avanti sarà denominato SIM 000.