Il Sistema di automazione corrispondente alla classe D di efficienza BACS non presenta una funzione di arresto del sistema di riscaldamento programmabile, per cui l’impianto HVAC funziona senza interruzione per 24 ore al giorno. Avendo fissato il set point di temperatura all’interno dell’ambiente pari a 22°C, il sistema di controllo fa sì che la temperatura si mantenga all’interno dell’intervallo compreso all’incirca tra i 21,5°C e i 22,5°C.
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Figura 77. Andamento della temperatura interna nella prima settimana di gennaio: Sistema BACS 1
Confrontando l’andamento della temperatura all’interno dell’ambiente della prima settimana di gennaio con quello della prima settimana di aprile, si nota, come ci si poteva attendere, che la temperatura nel mese di gennaio, caratterizzato da temperature più rigide, oscilla con una frequenza maggiore. Ciò comporta una maggiore frequenza nell’accensione dei generatori di calore. Nel mese di aprile, inoltre, la temperatura massima all’interno dell’ambiente supera anche il valore di 22,5 °C corrispondente alla temperatura di set point (22 °C) aumentata di un Δ𝑇 = 0,5 °𝐶 impostato nel controllore.
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Figura 79. Andamento della temperatura interna al giorno 1 gennaio: Sistema BACS 1
Dal confronto dell’andamento giornaliero della temperatura interna è facilmente visibile che il rapporto di crescita della temperatura risulta di circa 1 °C in due ore nel mese di aprile e di 1 °C in tre ore nel mese di gennaio, il decremento di temperatura allo spegnimento del sistema di riscaldamento è di circa 1 °C in tre ore nel mese di gennaio e di circa 1 °C in due ore nel mese di aprile. Questi valori risultano essere in linea con le caratteristiche termofisiche dell’edificio storico oggetto di studio che, nonostante l’elevata trasmittanza dell’involucro esterno, presenta un’inerzia termica piuttosto elevata, dovuta agli spessori dei tramezzi interni in muratura di laterizio.
Analizzando la temperatura dell’acqua nel volume di accumulo, si nota come un comando a set point costante ed un controllo nullo delle pompe di distribuzione del fluido vettore,
comportino un’oscillazione della temperatura all’interno di un intervallo la cui soglia superiore è maggiore dei 45°C impostati. Questo è dovuto ad una circolazione non ottimizzata del fluido vettore, che risulta ancora in circolo allo spegnimento dei generatori di calore, continuando a scambiare energia termica con essi.
La temperatura dell’accumulo termico, con questo sistema di automazione, raggiunge anche i 53°C, valore superiore alla temperatura di set point di 45°C.
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Figura 80. Andamento della temperatura nell’accumulo nella prima settimana di aprile: Sistema BACS 1
Figura 81. Andamento della temperatura nell’accumulo nella prima settimana di gennaio: Sistema BACS 1
Risulta evidente, inoltre, come la temperatura nel volume di accumulo sia complessivamente più bassa nel mese di gennaio, piuttosto che in quello di aprile, a conferma della maggiore richiesta termica dell’edificio nel periodo più freddo.
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Figura 82. Andamento della temperatura nell’accumulo al giorno 1 aprile: Sistema BACS 1
Figura 83. Andamento della temperatura nell’accumulo al giorno 1 gennaio: Sistema BACS 1
Il confronto dell’andamento giornaliero della temperatura nell’accumulo termico evidenzia come essa rimanga al di sopra dei 50 °C per la maggior parte delle ore diurne del giorno di aprile e per circa sei ore del giorno di gennaio.
In entrambi i casi, la gestione della temperatura all’interno dell’accumulo termico non risulta per nulla ottimale, ed i maggiori sprechi energetici sono dovuti al mantenimento di
temperature elevate anche quando le temperature esterne e gli apporti dovuti
all’irraggiamento sono favorevoli al mantenimento delle condizioni di comfort all’interno dell’edificio.
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Figura 84. Tempi di funzionamento dei generatori di calore: Sistema BACS 1
Per garantire gli andamenti delle temperature sopra descritti, i generatori di calore rimangono accesi per il 50,7% dell’intero stagione invernale.
Con il sistema di automazione in classe D, le priorità di funzionamento dei due generatori, che lavorano alternativamente l’uno all’altro, sono gestite su base temporale.
La pompa di calore si accende soltanto nell’intervallo temporale 6:00 – 20:00 e la caldaia si accende soltanto nell’intervallo temporale complementare a quello della pompa di calore. Di conseguenza, il tempo di funzionamento dei due generatori risulta così ripartito: 23,1% del tempo di funzionamento totale per la caldaia a condensazione; 27,6% del tempo di
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Figura 85. Energia primaria consumata dal sistema di riscaldamento: Sistema BACS 1
Il consumo di energia primaria totale della pompa di calore è pari a 102,5 𝑘𝑊ℎ/𝑚 annui, di cui l’80,6% proviene da fonte non rinnovabile, corrispondente a 82,6 𝑘𝑊ℎ/𝑚 annui.
La caldaia a condensazione ha una quota nulla di energia primaria rinnovabile, quindi la quota totale di energia primaria consumata coincide con l’energia primaria non rinnovabile, essa è pari a 100.8 𝑘𝑊ℎ/𝑚 .
Le energie primarie consumate dai due differenti generatori risultano proporzionali ai loro tempi di funzionamento, tuttavia il rapporto tra l’energia primaria consumata dal generatore di calore ed il suo funzionamento risulta maggiore per la caldaia a condensazione. Questo corrisponde a dire che la caldaia a condensazione consuma più energia primaria della pompa di calore, se si considera lo stesso tempo di funzionamento.
Inoltre, nonostante il consumo di energia primaria totale dei due generatori risulti pressoché uguale, bisogna tenere conto del fatto che una quota di energia consumata dalla pompa di calore è energia primaria rinnovabile.
L’insieme dei due generatori di calore, la pompa di calore e la caldaia a condensazione, consuma complessivamente 203, 3 𝑘𝑊ℎ/𝑚 annui di energia primaria totale, di cui 183,4 𝑘𝑊ℎ/𝑚 annui è energia primaria non rinnovabile. Come detto, la quota di energia primaria rinnovabile, è dovuta al solo contributo della pompa di calore.
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Figura 86. Emissioni di CO2 dell'impianto di riscaldamento: Sistema BACS 1
Il contributo maggiore alle emissioni di CO2 dell’impianto di riscaldamento è dato dalla caldaia
a condensazione, che emette in un anno 26,6 𝐾𝑔/𝑚 di CO2 nell’ambiente, nonostante il suo
tempo di funzionamento sia inferiore a quello della pompa di calore.
Le emissioni totali di CO2, somma delle emissioni dei due generatori di calore, ammontano a
52,7 𝐾𝑔/𝑚 annui, dei quali 26,1 𝐾𝑔/𝑚 vengono emessi dalla pompa di calore.
Dunque, la simulazione dinamica conferma che la pompa di calore risulta complessivamente meno energivora, in termini di energia primaria, della caldaia a condensazione, e presenta delle emissioni di CO2 inferiori, se pur di poco, a quelle della caldaia a condensazione.