UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA Dipartimento di Ingegneria Industriale DII Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Energetica
Gestione e Progettazione degli impianti HVAC dell’edificio pilota UniZEB
Relatore:
Prof. Michele De Carli
Laureando:
Davide Menegazzo
Correlatori: Ing. Giuseppe Emmi Ing. Laura Carnieletto
Matricola:
1183503
Anno Accademico 2018/19
VISION Promuovere la sostenibilità ambientale, sociale ed economica tramite lo studio, la ricerca e la formazione di eccellenza.
MISSION La ricerca UniZEB ha come obiettivi: -
Innovazione nella didattica tramite un approccio di experimental learning;
-
Innovazione nel settore delle costruzioni tramite la creazione di un Living-Lab sugli Zero Energy Buildings;
-
Promozione del trasferimento tecnologico.
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Relatore: Prof. Michele De Carli Laureando: Davide Menegazzo
TIMELINE
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ATTIVITA’ A REGIME
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Laboratorio di edilizia sostenibile dell’Università degli Studi di Padova
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Costruzione e Monitoraggio dell’edificio pilota Zero Energy Building
Superficie in pianta: 75 m^2 Costruzione: Legno Indoor Environmental Quality Isolamento termico: Poliuretano espanso Impianti: dell’involucro edilizio Prestazioni • Ventilazione meccanica Prestazioni controllata degli impianti termotecnici • Sistema radianterinnovabili a soffitto Sfruttamento delle energie
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•
Pompa di calore geotermica
•
Pannelli fotovoltaici
•
Batteria di accumulo
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OBIETTIVI DELLA TESI Progetto Definitivo degli impianti termotecnici Ventilazione Meccanica Controllata
Sistema Radiante a Soffitto
Modello TRNSYS
Comfort termoigrometrico Fabbisogno termico Consumo di energia finale
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SISTEMA RADIANTE A SOFFITTO Implementazione in TRNSYS
Calibrazione del modello
Calcolo delle potenze di progetto di ogni stanza
Temperatura media superficiale - Regime invernale
Simulazioni FEM con Heat2
y = 0,6838x + 22,703
30 20
10
Camera
Camera
Doppia
Singola
Riscaldamento
76.8
Raffreddamento
-53.8
WC
Corridoio
Soggiorno
78.9
100.0
70.2
85.3
-55.0
0.0
-47.4
-61.4
0 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41
Temperatura media del fluido [°C]
Disposizione dei pannelli e delle connessioni
Resa superficiale verso il basso - Regime estivo 80
φd [W/m2]
EN ISO 11855
Ts,m [°C]
40
Resa massima richiesta [W/m2]
60 40 20
y = -6,0689x + 71,024
0 15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Temperatura media del fluido [°C]
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VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA Layout impianto aeraulico
EN 15251
Immissione
Portate [m^3/h]
Estrazione
Zona
Camera
Camera
Giorno
Doppia
Singola
90
75
55
Cucina
Bagno
100
70
Locali tecnici 20
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ANALISI DEL COMFORT TERMOIGROMETRICO Discomfort Locale EN 15251, EN 7730, EN 7726
Novembre – Marzo
Categorie di comfort EN 15251, EN 7730
Soggiorno
7,0 2,8
34,5
9,8 4,91,5 1,1
Camera Singola
56,8
4,1
22,5
14,4
2,0 0,3 0,0
Camera Doppia
56,8
4,5
21,7
15,1
1,7 0,2 0,0
90%
100%
0%
10%
20% 4-
Maggio - Settembre
39,3
Soggiorno
30%
3-
4,71,94,0 7,1
2-
40% 1-
50% 1+
60%
2+
20,4
3+
70%
80%
Camera doppia Camera singola Bagno Corridoio Soggiorno
Asimmetria radiante Persona seduta Persona in piedi Δt_r [°C] PD [%] Δt_r [°C] PD [%] 2.14 2.32 2.41 2.66 1.66 1.73 1.90 2.02 -0.49 0.48 0.14 0.15 2.13 2.30 2.51 2.79 3.20 3.75 3.61 4.37
Riscaldamento
4+
44,4
15,6
Asimmetria radiante
1,8
Persona seduta Camera Singola
53,2
Camera Doppia
7,9
51,2 0%
10%
20% 4-
3-
9,0
30% 2-
40% 1-
50% 1+
2+
7,7 6,2
8,5
60% 3+
6,3 70%
Differenza verticale di temperatura PD [%] 0.47 0.41 0.32 0.40 0.35
11,7
11,8 80%
11,1 2,4 0,0
11,1 2,1 0,0 90%
Camera doppia Camera singola Corridoio Soggiorno
Δt_r [°C] -1.10 -0.63 -1.41 -2.71
PD [%] 0.013 0.010 0.015 0.028
Persona in piedi Δt_r [°C] -1.25 -0.74 -1.60 -2.72
PD [%] 0.014 0.011 0.016 0.028
Differenza verticale di temperatura PD [%] 1.38 0.48 0.55 1.10
100%
4+
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Raffrescamento
Relatore: Prof. Michele De Carli Laureando: Davide Menegazzo
CALCOLO DEL FABBISOGNO Fabbisogno mensile di energia termica 1500
Fabbisogno energetico [kWh] ACS 2507 23%
1000
Radiante - Inverno 2180 20%
Energia [kWh]
500
Radiante - Estate 2578 23%
0 Gennaio
Febbraio
Marzo
Aprile
Maggio
Giugno
Luglio
Agosto
Settembre Ottobre Novembre Dicembre
-500
Deumidificazione 3764 34%
-1000
Fabbisogno totale: 11080 kWh/anno -1500
Mese Sistema Radiante
ACS
Indice di prestazione: 148 kWh/m^2/anno
Deumidificazione
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POMPA DI CALORE GEOTERMICA UNI TS 11300-3, 11300-4
Capacity Resistance Model
ASHRAE
EER
Lunghezza di sonda totale Raffrescamento
Riscaldamento
EER
0
-20
-40
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0%
20%
40%
60%
80%
100%
Lunghezza [m]
Fattore di carico -60
-80
-71
-100
-120
-115
-140
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ANALISI DEI CONSUMI DI ENERGIA FINALE Consumo mensile di energia finale 450
Consumo elettrico [kWh]
400 ACS 756 26%
350
Radiante - Inverno 474 16%
Energia [kWh]
300 Radiante - Estate 423 15%
250
200
150
Deumidificazione 1234 43%
100
50
Consumo totale: 2840 kWh/anno 0 Gennaio
Febbraio
Marzo
Aprile
Maggio
Giugno
Luglio
Agosto
Settembre
Mese Sistema Radiante
ACS
Ottobre
Novembre Dicembre
Indice di prestazione: 38 kWh/m^2/anno
Deumidificazione
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ANALISI DELLO SCAMBIO DI ENERGIA CON LA RETE ELETTRICA NAZIONALE Energia scambiate con la rete elettrica 400
297
300
267 229
222
Energia [kWh]
200
83
100
63
0
0
0
0
0
0
0
0
74
0
0
0
0
0 -30
-42 -100
-113
Energia prodotta: 6865 kWh/anno
-146
-145
-200
Energia prelevata: 728 kWh/anno -251
Energia ceduta: 1235 kWh/anno Indice di autoconsumo: 84%
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-300
Mese
Energia prelevata dalla rete
Energia ceduta alla rete
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CONCLUSIONI Progetto Definitivo degli impianti termotecnici
Simulazioni in TRNSYS
Obiettivi futuri
Categoria di comfort: Principalmente seconda categoria
Base per il confronto con i dati sperimentali
Indice di prestazione a valle della pompa di calore: 148 kWh/m^2/anno Indice di prestazione a monte della pompa di calore: 38 kWh/m^2/anno Surplus di energia scambiata con la rete: 507 kWh/anno
ZEB Zero Energy Building
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Relatore: Prof. Michele De Carli Laureando: Davide Menegazzo
Grazie dell’attenzione
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