Dopo aver preso atto che la variazione delle condizioni di funzionamento dell’impianto e le caratteristiche di involucro dell’edificio non influenzano significativamente i consumi, l’ultimo insieme di parametri rimasto è quello legato all’interazione tra occupante e sistema edificio-impianto. Trattandosi di un edificio residenziale l’occupante ha la facoltà di cambiare le impostazioni del termostato ambiente, di interagire con le finestre e con i sistemi di oscuramento. Queste interazioni possono portare ad un forte risparmio qualora l’utente sia virtuoso e a conoscenza delle conseguenze delle sue
4.4. Variazione parametri occupazionali azioni, in caso contrario possono condurre ad un incrementare i consumi in maniera notevole.
Un altro parametro fondamentale atto a caratterizzare l’utente è la potenza termica rilasciata da persone e dispositivi all’interno dell’ambiente. Questo parametro dipende dal numero di occupanti e dalle azioni che essi intraprendono dentro casa: cucinare, interagire con il sistema di illuminazione ed utilizzare dispositivi elettronici.
4.4.1
Parametri relativi al termostato
Il caso base è stato impostato con un set-point pari a 22,5°C e una banda morta di funzionamento di ±0,5°C. Questa scelta è stata fatta osservando che la temperatura interna oscilla principalmente fra 22°C e 23°C (figura 3.9). Bisogna ricordare che il dato di temperatura di cui si dispone è la media della temperatura di 3 ambienti i cui termostati possono essere impostati diversamente, tuttavia il comportamento medio fa pensare ad una gestione del termostato pari a quella ipotizzata per la simulazione del caso base. La temperatura di set-point è stata variata da 21,5°C a 23°C con step di mezzo grado centigrado, dando vita rispettivamente alle simulazioni SIM 060, SIM 059 e SIM 034. Valori inferiori non sono stati simulati poiché non sono sembrati coerenti con i profili monitorati, seppure sarebbero stati rappresentativi di un comportamento sicuramente più virtuoso da parte dell’utente. Un’altra proposta è stata la SIM 035, che prevede lo stesso set-point del modello base ma con un valore della banda morta inferiore pari ad 1°C al posto di 0,5°C. I risultati attesi, e confermati dalle simulazioni, sono un aumento dei consumi per la SIM 034 (Tset=23°C) e una forte diminuzione degli stessi per tutte le altre simulazioni (tabella 4.1). L’aumento della temperatura di set-point determina infatti un numero di accensioni dell’impianto maggiore rispetto alle altre soluzioni per le quali, a mano a mano che il set-point diminuisce, diminuisce anche il numero di volte in cui l’impianto si accende. Le simulazioni più interessanti sono la SIM 034 e la SIM 064 (figura 4.12). La prima porta ad un aumento dei consumi, giudicato tuttavia irrilevante in quanto questi sono pari ad 1,23 kWh/m2 contro i 6,75 kWh/m2 attesi. La seconda porta ad avere consumi più bassi ma un RMSET relativo alla temperatura interna pari a 0,53°C, molto vicino cioè al grado di accuratezza dello strumento di misura. Dalla figura 4.12 si nota come la SIM 034 porti ad un livello medio di temperatura molto più alto rispetto a quello monitorato
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 034 SIM 064
Figura 4.12: Risultati con diverse impostazioni del termostato (SIM034 Tset=23°C, SIM064
0 500 1000 1500 2000 2500 Gu ad agn i in ter n i [ W]
SIM 000 SIM 028 SIM 029 SIM 030 SIM 031
Figura 4.13: Profili dei guadagni interni proposti (SIM028 -50%, SIM029 -25%, SIM030 sfasamento 2hr, SIM031 sfasamento 1hr)
quindi, nonostante provochi un aumento dei consumi, questa soluzione non è stata portata avanti nelle fasi successive del processo di calibrazione.
Da questa breve analisi si evince che l’impostazione del termostato, come i parametri impiantistici e di involucro, ha un’influenza davvero bassa sui consumi, mentre può contribuire a migliorare l’accordo in termini di temperatura. A riprova di quanto affermato sui consumi lo scarto quadratico medio più alto è pari a circa 85%, raggiunto con la SIM 034, vale a dire che nulla o quasi è cambiato rispetto al caso base.
4.4.2
Parametri relativi ai guadagni interni
I guadagni interni sono stati descritti all’interno del modello attraverso dei profili temporali, lo strumento più facile ma anche quello caratterizzato dalla maggiore incertezza. Si tiene a ricordare che il profilo di partenza è rispettoso della UNI/TS 11300-1:2014 [16] per quanto riguarda la potenza termica rilasciata in ambiente, ma è sfasato un’ora in anticipo. In figura 4.13 sono riportate le diverse soluzioni simulate.
Come si evince dalla figura 4.13 i guadagni interni sono stati sia sfasati nel tempo sia diminuiti in termini di potenza immessa in ambiente. Nel primo caso non è stato registrato nessun effetto utile sui consumi, i quali sono rimasti essenzialmente invariati rispetto al caso base. Per quanto riguarda la temperatura invece lo scarto quadratico medio è leggermente migliorato ma tale miglioramento è impercettibile da un punto di vista grafico. Nel secondo caso invece la diminuzione dei guadagni interni ha portato ad una forte diminuzione del cv(RMSEE) relativo ai consumi: si è passati dal 91,94% del caso base al 67,14% della simulazione SIM 028, caratterizzata da un dimezzamento del guadagno interno. I risultati in termini di consumi per la SIM 028 e SIM 029 sono riportati in figura 4.14. Per quanto riguarda l’andamento di temperatura questo peggiora raggiungendo uno scarto quadratico medio di 0,80°C. Una considerazione su questo peggioramento potrebbe basarsi sul fatto che, come più volte affermato, durante la simulazione quando l’impianto si accende la temperatura aumenta molto velocemente e, quando l’impianto si spegne, essa rimane generalmente alta e cala molto lentamente, al contrario del profilo misurato che presenta una temperatura generalmente bassa nelle ore centrali. Le simulazioni SIM 028 e SIM 029 determinano molte più accensioni rispetto al caso base: nella SIM 028 l’impianto si accende tutti i giorni, quindi la situazione appena descritta si presenta molto più
4.4. Variazione parametri occupazionali 21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 Te mp e ra tu ra [° C]
Tmisurata SIM 000 SIM 028 SIM 029
(a)Temperatura ambiente
0 20 40 60 80 100 120 C on sumo [k Wh
] Cmisurato SIM 000 SIM 028 SIM 029
(b)Consumo giornaliero del sistema di emissione
Figura 4.14: Risultati con variazione dei guadagni interni (SIM028 -50%, SIM029 -25%)
spesso, determinando un RMSET relativo alla temperatura peggiore. La convinzione è ancora quella che all’interno del modello non siano state previste delle dispersioni che possano abbassare la temperatura e allinearla a quella misurata. Nonostante il peggioramento dell’accordo in termini di temperatura le simulazioni con diminuzione dei guadagni interni sono state comunque considerate interessanti, visto il loro effetto sui consumi. In tabella 4.1 a pagine 69 sono riportati i gli indici statistici derivanti dalle diverse soluzione proposte.
4.4.3
Parametri relativi alla ventilazione naturale
L’ultimo parametro preso in considerazione durante la prima fase del processo di calibrazione è la ventilazione naturale, derivante dall’apertura delle finestre. Per capire se il contributo dovuto alla ventilazione fosse trascurabile o meno sono state effettuate delle simulazioni che hanno previsto l’implementazione di profili temporali di utilizzo, quindi il primo problema è stato quello di individuare i possibili orari di apertura e chiusura delle finestre. Non avendo a disposizione nessun dato relativo a questo comportamento dell’utente si è deciso di fare riferimento allo studio di Prada e Baggio [33], in cui si presenta il caso di un appartamento appartenente allo stesso complesso residenziale. In questo studio, attraverso l’esecuzione di misure in sito tramite sensori di apertura delle finestre, si rileva che l’occupante le tiene aperte indicativamente dalle ore 7:00 alle ore 17:00, senza nessuna esigenza apparente e non curandosi della ventilazione meccanica attiva. Nonostante non ci sia nessuna certezza che tale rilevazione si riferisca ad uno degli appartamenti oggetto d’esame si è deciso di simulare lo stesso profilo orario. Oltre all’incertezza connessa agli orari di apertura e chiusura delle finestre bisogna considerare l’incertezza legata al valore del ricambio
21,5 22,0 22,5 23,0 23,5 24,0 24,5 25,0 25,5 26,0 26,5 Te mp er at u ra [ °C]
Tmisurata SIM 000 SIM 056 SIM 057 SIM 058
(a)Temperatura ambiente
0 20 40 60 80 100 120 Co n su mo [ kWh ]
Cmisurato SIM 000 SIM 056 SIM057 SIM 058
(b) Consumo giornaliero del sistema di emissione
Figura 4.15: Risultati con ventilazione naturale ( SIM056 1vol/h 7-17, SIM057 1vol/h 7-15, SIM058 0,5vol/h 7-17)
orario, che non è di facile determinazione e soprattutto non è necessariamente costante durante il periodo di apertura. Durante la calibrazione del modello di edificio in evoluzione libera il ricambio orario dovuto all’apertura delle finestre è stato ipotizzato pari a 1,5 vol/h [10]. Supponendo che durante il periodo invernale il numero delle finestre aperte, o comunque l’angolo di apertura delle stesse, diminuisca, è stato ipotizzato un intervallo del ricambio orario tra 0,5 vol/h e 1 vol/h.
I risultati dei profili di ventilazione naturale riportati in tabella 4.1 a pagina 69, sono presentati graficamente in figura 4.15. Sempre in tabella 4.1 si può osservare come i valori di RMSET relativi alla temperatura siano molto elevati, addirittura superiori a 1,5°C per le simulazioni SIM 056 e SIM 057. Questi valori, fortemente superiori alla tolleranza dello strumento di misura, trovano conferma in figura 4.15a dove si può osservare che la temperatura è di molto sovrastimata, in particolare nelle ore del tardo pomeriggio e della sera. Una possibile spiegazione di questo fenomeno può essere ricercata nel fatto che gli effetti dell’impianto si sommano con il picco di guadagni interni, come visibile in figura 4.16a. Una nota positiva viene invece dalle ore centrali della giornata: se prima l’accensione dell’impianto determinava un rapido innalzamento della temperatura la quale tornava molto lentamente al valore inferiore della banda di funzionamento, ora, per effetto della ventilazione naturale, la temperatura si abbassa molto più rapidamente determinando anche un’accensione pomeridiana. In figura 4.16b è possibile osservare come l’impianto si accenda la prima volta in corrispondenza dell’apertura delle finestre e la seconda volta nel tardo pomeriggio, poco prima che le finestre vengano chiuse.
Se i risultati non possono ritenersi soddisfacenti in termini di temperatura ambiente lo stesso non si può dire per i consumi. L’impianto entra in funzione sempre due volte