Oggetto del lavoro di tesi è la calibrazione del sistema impiantistico, essendo la calibrazione dell’involucro edilizio stata oggetto del lavoro di tesi precedente [10], perciò i primi parametri ad essere sottoposti a variazione sono stati sono quelli legati al sistema radiante e all’impianto di ventilazione meccanica controllata. Per quanto riguarda l’impostazione del termostato, questo è un parametro che determina un diverso funzionamento dell’impianto ma che è soggetto all’azione dell’occupante; è stato classificato quindi come parametro occupazionale e non viene presentato in questa sezione.
4.2.1
Parametri relativi al sistema radiante
Il sistema radiante è caratterizzato da molte variabili, tra cui quelle analizzate sono: • temperatura di mandata (valore di partenza 50°C);
4.2. Variazione parametri impiantistici 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25,0 Temp er at u ra [° C]
Tmisurata SIM 000 SIM 012 SIM 015 SIM 018
Figura 4.4: Risultati con variazione temperatura di mandata (SIM012 Tin=38°C, SIM015
Tin=44°C, SIM018 Tin=52°C)
• interasse fra i tubi (valore di partenza 20 cm).
La variazione della temperatura di mandata e della portata hanno l’effetto di modificare l’input energetico al sistema. Diminuire questo input non vuol dire necessariamente diminuire i consumi: l’impianto potrebbe infatti funzionare per un maggior numero di ore per soddisfare le condizioni imposte dall’utente. Variare l’interasse delle tubazioni ha invece l’effetto di modificare la temperatura del pavimento con una conseguente variazione dell’energia scambiata.
Per quanto riguarda la temperatura di mandata Tin questa è stata variata a step di 2°C da 38°C a 52°C. Valori maggiori di 52°C non sono stati presi in considerazione perché ritenuti eccessivi per la tipologia impiantistica. Una diversa temperatura di mandata, rispetto a quella di progetto, potrebbe essere dovuta ad eccessive perdite di energia lungo la rete di distribuzione o ad impostazioni della caldaia diverse da quelle di progetto. In figura 4.4 si possono osservare i risultati di alcune simulazioni svolte facendo variare questo parametro. La modifica della temperatura di mandata non introduce variazioni significative dei risultati, anzi si può dire che rispetto al caso base i consumi non subiscono variazioni: l’energia scambiata varia da 0,70 kWh/m2 per la SIM 015 con Tin=44°C, a 0,81 kWh/m2 per la SIM 017 con Tin=48°C. La conseguenza è uno scarto quadratico medio sui consumi in sostanza pari a quello del caso base, con un minimo di 90,36% per la SIM 016 ed un massimo di 92,63% per la SIM 015. Calcolando lo scarto in temperatura invece si registra un miglioramento con un RMSET minimo di 0,63°C per la SIM 012 e un massimo di 0,69°C per le SIM 016 e SIM 017 (tabella 4.1 a pagina 69).
Risultati analoghi sono quelli ottenuti variando la portata circolante nel circuito. La portata di progetto è 1192 kg/h ma questo valore può non corrispondere alla portata di esercizio per molteplici cause, tra cui:
• non corretto bilanciamento del circuito idraulico in fase di progettazione e/o installazione;
• presenza di ostruzioni o impurità che determinano uno sbilanciamento del circuito;
• sovradimensionamento/sottodimensionamento della pompa di circolazione. Tutti questi fenomeni possono portare la pompa di circolazione ad operare in un punto di lavoro diverso sulla curva portata-prevalenza, determinando quindi un regime
21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25,0 Temp er at u ra [° C]
Tmisurata SIM 000 SIM 020 SIM 025 SIM 027
24,50 100
Figura 4.5: Risultati con variazione della portata (SIM020 ˙m=952 kg/h, SIM025 ˙m=1312 kg/h, SIM027 ˙m=1432 kg/h)
di funzionamento differente da quello di progetto. Il valore di portata ˙m è stato variato da 952 kg/h a 1432 kg/h con un passo di 60 kg/h. Come anticipato i risultati non si discostano molto dal caso base (figura 4.5) soprattutto in termini di consumi: variano da 0,70 kWh/m2 per la SIM 025 con ˙m=1312 kg/h, a 0,78 kWh/m2 per la SIM 020 con ˙m=952 kg/h. Le simulazioni con variazione di portata si traducono in un cv(RMSEE) relativo all’energia variabile tra 90,68% e 92,58%, e in un RMSET relativo alla temperatura variabile tra 0,62°C e 0,71°C. L’elenco completo di tutte le simulazioni con variazione di questo parametro è riportato in tabella 4.1 a pagina 69. Può essere concluso che simulazioni con diverse portate portano a risultati pressoché uguali, l’unica variazione riguarda infatti l’istante in cui l’impianto si accende, come visibile in figura 4.5, in cui è evidente ad esempio che la SIM 027 è caratterizzata da un’accensione nelle ore del mattino il 06/12 al posto che il 07/12, giorno in cui l’impianto entra in funzione per le altre soluzioni.
Interessante è notare come per entrambi i parametri impiantistici finora variati l’innalzamento della temperatura a seguito dell’attivazione dell’impianto sia sempre molto rapido.
L’ultimo parametro del sistema radiante preso in considerazione è l’interasse dx dei tubi. Questo parametro da progetto è pari a 20 cm nelle zone centrali ma la distanza può diminuire, fino ad un minimo di 5 cm, nelle aree marginali, quelle cioè di confine con l’ambiente esterno e zone non riscaldate. Tipicamente i progettisti prevedono nelle aree marginali un infittimento dei tubi perché si tratta di zone in cui le dispersioni termiche sono maggiori e ciò può creare discomfort: così facendo è possibile controllare meglio la temperatura superficiale. Il valore di dx impostato in TRNSYS, essendo nel modello di sistema radiante presente nel Type 56 previsto un unico interasse (paragrafo 2.2.1), rappresenta quindi un valore medio. Per tenere in considerazione un eventuale interasse dei tubi minore nelle aree marginali sono state effettuate due simulazioni, la SIM 046 e la SIM 047, rispettivamente con un passo di 15 cm e 17 cm (figura 4.6). Come ci si aspettava queste variazioni hanno influito molto poco sui risultati: la SIM 046 ha un RMSET di 0,63°C e un cv(RMSEE) di 91,83%, la SIM 047 ha un RMSET di 0,68°C e un cv(RMSEE) di 90,39%.
Una prima conclusione alla quale si può giungere, osservando complessivamente in tabella 4.1 i risultati delle simulazioni che hanno comportato la variazione dei parametri d’impianto, è che il modello non è molto sensibile ai parametri legati al sistema radiante. Inoltre nelle simulazioni fin qui svolte, se l’accordo in temperatura
4.2. Variazione parametri impiantistici 21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 Temp er at u ra [° C]
Tmisurata SIM 000 SIM 046 SIM 047
Figura 4.6: Risultati con variazione dell’interasse (SIM046 dx=15 cm, SIM047 dx=17 cm)
può sembrare accettabile, questo non vale per l’energia termica resa.
4.2.2
Parametri relativi al sistema VMC
Nel paragrafo 3.4.2 si afferma che l’impianto di VMC opera immettendo una portata di 0,5 vol/h ad una temperatura di 18°C, qualora il recupero termico sull’aria espulsa non sia sufficiente, raggiunta tramite l’utilizzo di un post-riscaldamento eseguito da una resistenza elettrica. Altre informazioni su questa parte dell’impianto non sono disponibili.
La prima fonte di incertezza è la temperatura di immissione. Questa influenza il consumo dell’impianto a pannelli radianti perché in base al suo valore il carico a cui l’impianto deve far fronte cambia. La temperatura di immissione può variare perché la resistenza elettrica può funzionare in maniera diversa da quanto stabilito durante la fase progettuale, o perché il post-riscaldamento non funziona del tutto. Questo parametro è stato fatto variare in due diversi modi:
1. assumendo una temperatura di immissione costante a 15°C, 16°C e 17°C; 2. assumendo una temperatura di immissione calcolata ipotizzando che il post-
riscaldamento non funzioni e facendo variare l’efficienza di scambio ε∗ tra 0,50 e 0,75.
In tabella 4.1 a pagina 69 sono riportati i risultati per tutte le combinazioni proposte. In figura 4.7 sono mostrati i risultati per le simulazioni al variare dell’efficienza di recupero SIM 036, SIM 038 e SIM 040, rispettivamente con ε∗ pari a 0,50, 0,60 e 0,70. Come è possibile immaginare i consumi aumentano, rispetto al caso base, perché diminuendo la temperatura di immissione aumenta il carico all’impianto radiante. Rispetto alle precedenti soluzioni il profilo di temperatura risulta molto più frastagliato perché l’impianto si accende molto più spesso. I consumi per la SIM 036 passano a 2,46 kWh/m2 e il cv(RMSE
E) ha un valore pari a 66,48%. Muovendosi verso efficienze più alte i consumi si riducono e cv(RMSEE) aumenta, segno che ci si sta allontanando dai profili monitorati.
Per quanto riguarda le temperature non si identifica un particolare trend di RMSET, tuttavia lo scarto più basso appartiene nuovamente alla SIM 036 ed è pari a 0,71°C.
Per quanto riguarda la portata d’aria nvmc immessa in ambiente, perdite di carico differenti da quelle di progetto potrebbero determinare un punto di funzionamento
21,0 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25,0 Temp er at u ra [° C]
Tmisurata SIM 000 SIM 036 SIM 038 SIM 040
(a)Temperatura ambiente
0 20 40 60 80 100 120 Co n su mo [ kWh ]
Cmisurato SIM 000 SIM 036 SIM 038 SIM 040
(b) Consumo giornaliero del sistema di emissione
Figura 4.7: Risultati con variazione dell’efficienza di recupero (SIM036 ε∗=0,50, SIM038 ε∗=0,60, SIM040 ε∗=0,70)
del ventilatore diverso da quello per cui è stata progettata la rete di distribuzione dell’aria. Il range in cui è stata fatta variare la portata è molto ampio ed è compreso tra 0,35 vol/h e 0,70 vol/h, con uno step di 0,05 vol/h. Come per la temperatura di immissione è possibile individuare un andamento per i consumi e per cv(RMSEE). I primi aumentano con l’aumentare della portata e variano tra un minimo di 0,38 kWh/m2 ed un massimo di 1,28 kWh/m2, ben lontani quindi dai valori monitorati con un conseguente cv(RMSEE) minimo pari a 85,47%. I valori di RMSET si attestano su valori maggiori o uguali a 0,64°C, non molto distanti dal caso base. I risultati di alcune delle simulazioni svolte con variazione di portata sono riportati in figura 4.8.
Il modello non è molto sensibile alla variazione di parametri relativi al sistema di ventilazione meccanica controllata. L’unico modello in grado di portare ad un cv(RMSEE) inferiore al 70% è la SIM 036, con una temperatura di immissione calcolata ipotizzando la mancanza del post-riscaldamento e un efficienza di recupero corretta ε∗ pari a 50%.
Dall’analisi di sensitività svolta prima sui parametri legati all’impianto radiante (paragrafo 4.2.1) e successivamente su parametri legati all’impianto di ventilazione meccanica, si evince che questi componenti hanno un’influenza modesta sul comporta- mento del sistema edificio-impianto; sono in grado di migliorare leggermente l’accordo in temperatura ma sottostimano drasticamente i consumi.
4.3. Variazione parametri di involucro e di capacità termica